TESIS UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

i

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica

TESIS

“Optimización de la tecnología del acerado electrogalvánico de bulones de motores declasificados por desgaste límite”

PARA OPTAR POR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO MECÁNICO

AUTOR:

Br. P

Sisniegas Anders Harold

ASESOR:

Dr. Ing. Bacilio Quiroz Avelino Javier

Trujillo – Perú

2022

Dedicatoria

Esta tesis va dedicada en primer lugar a Dios por haberme dado las fuerzas y permitirme llegar hasta el final de la carrera profesional.

A mis padres por el apoyo incondicional en todo mi trayecto profesional, por sus palabras de aliento en los momentos complicados que pude tener durante mi formación.

A mis familiares que se involucraron y fueron partícipes de esta etapa de mi vida, porque siempre creyeron en mí y tengo su respaldo incondicional.

A mi esposa y mis hijos por ser mi motivación de lograr esta meta propuesta y proyectos a futuro.

iii Agradecimiento

Agradezco a Dios por darme la vida y la salud para poder salir adelante durante todos estos años de mi carrera profesional y como persona, gracias a él es que ahora puedo sentirme orgulloso de mi persona, de creer en mí en todo lo que me proponga para nuevas metas a futuro.

A mis padres, eternamente agradecidos con ellos porque siempre se preocuparon por mí y por mi formación, madre gracias por inculcarme buenos valores y enseñarme a ser responsable desde niño y que la educación es muy importante para ser una persona de bien en la sociedad y por estar siempre para mí en las dificultades que tenía, padre gracias por el consejo principal de este logro que tengo ahora porque por ti es que inicié esta carrera profesional la cual he logrado culminar, por tener siempre tu apoyo tanto económico como moral.

Al Dr. Ing. Bacilio Quiroz Javier por todo el soporte brindado para hacer realidad este proyecto y también agradecer a los ingenieros que me brindaron ayuda en su momento;

asimismo a todos los ingenieros los ingenieros que fueron participes en mi formación profesional.

PRESENTACIÓN

Señor Decano de la Facultad de Ingeniería

Sr. Director de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica Señores miembros del Jurado Dictaminador:

Cumpliendo con lo prescrito en el reglamento de Grados y Títulos de la Facultad de Ingeniería, Escuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica de nuestra Universidad, pongo a vuestra consideración el presente trabajo de investigación, titulado: “Optimización de la tecnología del acerado electrogalvánico de bulones de motores declasificados por desgaste límite”, con la finalidad de obtener el título profesional de Ingeniero Mecánico.

Trujillo, abril del 2022

Br. Peralta Sisniegas Anders Harold

v ÍNDICE

DEDICATORIA ii

AGRADECIMIENTO iii

PRESENTACIÓN iv

ÍNDICE GENERAL v

RESUMEN vii

ABSTRACT vii

ÍNDICE DE FIGURAS viii

ÍNDICE DE TABLAS ix

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

Pág.

1. Introducción 02

1.1. Realidad problemática, antecedentes y justificación 02

1.2. El Problema 09

1.3. Formulación de la hipótesis 09

1.4. Objetivos 10

1.4.1. Objetivo General 10

1.4.2. Objetivos Específicos 10

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO

2. Marco Teórico 12

2.1. El desgaste en las piezas móviles del motor 12

2.2. En torno a la tecnología de la recuperación electrogalvánica

de piezas degradadas y declasificadas por desgaste límite 15 2.3. Esquema del proceso tecnológico de asentamiento del hierro en la superficie

de la pieza a repararse (bulones) 18

2.4. Los recubrimientos galvánicos 19

2.5. En torno a la planificación del experimento 22

2.6. El modelamiento imitacional 23

CAPÍTULO III: MATERIALES Y MÉTODOS

3. Material y método 29

3.1. Material 29

3.2. Diseño de investigación 32

3.3. Método y Técnicas 33

3.3.1. Método 33

3.3.2. Técnicas 33

3.3.3. Procedimiento de preparación del electrolito 34 3.3.4. Procedimiento de aceración (tecnología de la aceración) 34 3.3.5. Técnicas de obtención, registro, procesamiento de los datos

experimentales y pruebas de significación y adecuación del

modelo matemático 36

CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4. Resultados y discusión 53

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5. Conclusiones y Recomendaciones 59

5.1. Conclusiones 59

5.2. Recomendaciones 59

CAPÍTULO VI: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

6. Referencias bibliográficas 61

CAPÍTULO VII: ANEXOS

vii RESUMEN

En la tesis se estudia el proceso de reparación de bulones de motores de los tractores agrícolas MF 5710, mediante el método de recubrimiento electrolítico de metal (aceración).

El objetivo de la investigación se centra en la determinación de la tecnología óptima del proceso, bajo la cual, la calidad de la reparación que caracteriza a la fiabilidad de la futura explotación de los bulones será la mejor. En calidad de parámetro de optimización sirve la dureza Y del recubrimiento metálico (aceración) en la zona desgastada del bulón. En calidad de factores se utilizó la intensidad de la corriente I y la temperatura del electrolito T.

Se planificó y se realizó el experimento con acuerdo a los criterios de la teoría del diseño de experimentos, y en base a los resultados, se obtuvo la ecuación del modelo matemático del fenómeno, que permite establecer el grado de influencia de los factores o variables controlables sobre el parámetro de optimización Y. Se determinaron los valores óptimos de los factores, bajo los cuales la calidad de la reparación (dureza de la precipitación en la zona desgastada de los bulones) es la mejor: I = 223 Amperios; T = 112,5 °C; y = 68,58.

Palabra clave: Gestión del mantenimiento.

ABSTRACT

In the thesis, the process of repairing engine bolts of agricultural tractors MF 5710 is studied, through the method of electrolytic metal coating (steel coating).

The objective of the research is focused on determining the optimal technology of the process, under which the quality of the repair that characterizes the reliability of the future exploitation of the bolts will be the best. The optimization parameter used is the hardness Y of the metal coating (acceleration) in the worn area of the pin. As factors, the intensity of the current I and the temperature of the electrolyte T were used. The experiment was planned and carried out according to the criteria of the experimental design theory, and based on the results, the equation of the mathematical model of the phenomenon was obtained, which allows establishing the degree of influence of the controllable factors or variables. on the optimization parameter Y The optimal values of the factors were determined, under which the quality of the repair (precipitation hardness in the worn area of the bolts) is the best: I = 223 Amperios; T = 112,5 °C; y = 68,58.

Key Word: Maintenance management.

ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.

Fig. 1. Ubicación del bulón (a) y (b) como elemento del conjunto

biela – pistón 03

Fig. 2. Elementos del tema de estudio – (b) El objeto de estudio: El motor del tractor agrícola Massey Ferguson; (c) El sujeto de estudio:

El bulón del grupo pistón – biela, Ver Fig. 1(b); (a) El entorno:

El tractor Massey Ferguson en los campos agrícolas de Jequetepeque. 04 Fig. 3. Funcionamiento y esfuerzos actuantes sobre los elementos móviles

del grupo pistón – bulón – biela: (a), (b), (c), (d), (e). 05 Fig. 4. Estado límite del desgaste de las piezas y la capacidad de trabajo

de la máquina. 14

Fig. 5. Métodos de restauración de piezas desgastadas 17 Fig. 6. Esquema del proceso tecnológico de asentamiento del hierro

en la superficie del bulón 18

Fig. 7. Estructura de la planificación matemática sobre la búsqueda

de condiciones óptimas 22

Fig. 8. Calidad de los estados de los objetos de estudio 23 Fig. 9. El modelamiento imitacional y concepción estática y dinámica

de los fenómenos 24

Fig. 10. Métodos matemáticos de búsqueda de la solución óptima 25 Fig. 11. Ubicación del bulón en el conjunto pistón – biela, (ver Figs. 1, 2 y 3). 29 Fig. 12. Baño para el aceramiento, enlucido con baldosa granítica. 30 Fig. 13. Esquema de regulación de la tensión en las barras del baño 30 Fig. 14. Esquema de calentamiento del electrolito 30 Fig. 15. Esquema de la instalación para mantener la constancia de la

concentración del electrolito 31

Fig. 16. Estructura de la investigación: Variables de estudio 32 Fig. 17. Red de planificación ortogonal del experimento y valores

ix experimentales medios que responden a cada punto

del espacio factorial 39

Fig. 18. Fotografías de los Bulones desgastados. 51

Fig. 19. Fotografías del Bulón sometido a pruebas de dureza. 56 Fig. 20. Espacio factorial (malla) para un experimento de tres factores. 65 Fig. 21. Superficie de la función de respuesta para una dependencia

Bifactorial en tres niveles. 65

Fig. 22. Gráficas (a) y (b) de superficies de segundo orden. 67

ÍNDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 1: Composición química (en %) del acero SAE 1060 31

Tabla 2: Propiedades mecánicas del acero SAE 1060 31

Tabla 3: Resultados de los experimentos 37 Tabla 4: Matriz de planificación para la función bifactorial en tres niveles,

donde los factores están expresados en valores codificados 38 Tabla 5: Cálculo de los coeficientes de las ecuaciones normales 43 Tabla 6: Dispersiones en los puntos de la red de planificación 45 Tabla 7: Cálculo de la significación de los coeficientes de la ecuación de

regresión cuando tα, f = 2,06 y Sy= 3,65, basado en el criterio de Student. 47 Tabla 8: Determinación de la suma de los cuadrados de las desviaciones de los

valores calculados de la función de respuesta de sus valores experimentales medios después de eliminar los efectos no significativos. 49 Tabla 9: Resultados de ensayos de dureza 57

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

2 CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1.1. Realidad Problemática, Antecedentes y Justificación Realidad Problemática

Los motores de combustión interna se encuentran trabajando en el Valle Jequetepeque en diversas aplicaciones, en sistemas de bombeo, en grupos electrógenos, en motocompresoras, en sistemas de riego y otras formas de aplicación, pero en todas ellas en condiciones variables de velocidad y carga, lo cual obliga a las partes móviles del motor a realizar mayores esfuerzos que aceleran el desgaste de las piezas. Es el caso de los bulones de los pistones del motor que sirven para articular a las bielas, las cuales transmiten la energía mecánica al volante del motor, el cual actúa como un concentrador de energía, desde donde esta es empleada según las necesidades del consumidor. Durante el trabajo del motor, el bulón es sometido a cargas variables que conducen al surgimiento de esfuerzos de flexión, cizallamiento, envejecimiento (estrías, rugosidades) y ovalidad. En correspondencia con estas condiciones señaladas de trabajo, a los materiales empleados en la fabricación de bulones se les presenta requisitos de alta resistencia y viscosidad.

(a)

Fig. 1. Ubicación del bulón (a) y (b) como elemento del conjunto biela – pistón.

Los aceros cementados de bajo contenido de carbono y los aleados satisfacen estos requisitos. Los esfuerzos máximos en los bulones de los motores a gasolina surgen cuando trabajan en el régimen de máximo torque y en los bulones de los motores diesel cuando trabajan en el régimen nominal.

Antecedentes

La realidad de Jequetepeque caracteriza una zona eminentemente agraria, dedicada al cultivo de arroz con un significativo potencial de su exportación, lo que revela la principal actividad económica de Jequetepeque.

En ese medio hace presencia en diversas aplicaciones los motores de los tractores agrícolas John Deere, Massey Ferguson, Deutz, Ford, Iseki, Fendt, New Holland, motores industriales, marinos y otros tractores agrícolas pequeños empleados en los molinos y otras faenas agrícolas, los cuales al ingresar a reparación y cubrir su primer ciclo de trabajo son desechados y entre estos se cuentan los bulones de los pistones que pueden ser recuperados empleando la tecnología electrogalvánica de

(b)

4 En torno al objeto de estudio:

El objeto de estudio lo constituye el bulón o eje del pistón del motor del tractor agrícola Massey Ferguson MF 5710.

Fig. 2. Elementos del tema de estudio – (b) El objeto de estudio: El motor del tractor agrícola Massey Ferguson; (c) El sujeto de estudio: El bulón del grupo pistón – biela, Ver Fig. 1(b); (a) El entorno: El tractor Massey Ferguson en los campos agrícolas de Jequetepeque.

(bulón)

(b) (c)

(a)

Fig. 3. Funcionamiento y esfuerzos actuantes sobre los elementos móviles del grupo pistón – bulón – biela: (a), (b), (c), (d), (e).

Durante el proceso de trabajo del motor, la presión de los gases generados en la cámara de combustión actúa sobre la corona del pistón transmitiéndose los esfuerzos generados al bulón o eje del pistón, en su recorrido que hace el pistón desde el punto muerto superior al punto muerto inferior, en su misión de generar potencia en el cigüeñal del motor. Esta potencia se genera en el cigüeñal bajo cargas variables que intensifican los esfuerzos sobre el bulón o eje del pistón, acelerando su degradación y obligando su declasificación por desgaste límite.

(c) (b)

(d)

(e) (a)

6 En torno al estado del arte:

 José Luddey Marulanda Ingeniero Metalúrgico, M.Sc. Profesor Auxiliar Universidad Tecnológica de Pereira (UTP, 2005) [email protected].

Gonzalo Trujillo S. Auxiliar de ingeniería Mecánica. Experto en plásticos.

Profesor Auxiliar Universidad Tecnológica de Pereira [email protected]. Han desarrollado el trabajo “Recovery of wearing pieces with protective coatings”

En el resumen expresan: En casi todas las industrias hay desgaste de piezas y maquinaria, por lo cual se requiere de minimizar este desgaste y recuperar estas piezas obteniendo una mayor relación costo- beneficio, además de aumentar las horas de servicio y la eficiencia de los equipos. Para hacer una buena selección del tipo de revestimiento protector y su aplicación, se necesita conocer los tipos de desgaste a los que puede estar sometido la pieza que se quiere proteger. Los recubrimientos duros pueden controlar todos los tipos de desgaste, pero un mismo recubrimiento no soluciona todos los tipos de desgaste.

 Jennifer Paola Goenaga Pertuz', María Teresa Mejía Ramos', David Alejandro Rojas Solano', Karen Margarita Vlaña Borja·. Ing. M.Sc. Enrique Esteban Nlebles Núñez (Universidad Autónoma del Caribe Colombia, 2007).

Recubrimientos duros: alternativa de recuperación en piezas afectadas por el desgaste. Este artículo muestra, después de una revisión bibliográfica y experiencia de expertos en el área, los factores significativos para la recuperación de piezas afectadas por el desgaste abrasivo que estuviesen directamente involucrados con aspectos de fundamentación técnica, condiciones que aseguren la calidad y economía durante su aplicación en la industria. El beneficio de aplicar recubrimientos duros para la recuperación de piezas mediante tecnologías de soldadura comparados con el beneficio en el tiempo de servicio y costos de una pieza nueva está representado en la reducción de costos, reducción de tiempos por paradas de producción, mejoramiento de las propiedades mecánicas en la pieza recuperada entre otros, los cuales son evidenciados en el desarrollo y aplicaciones mostradas en este trabajo.

 Manual para la recuperación y protección antidesgaste de piezas ©INDURA S.A., Industria y Comercio Inscripción en el Registro de Propiedad N.º 188599.

Texto elaborado por: Mauricio Ibarra Echeverria, Eduardo Núñez Solís y José Miguel Huerta Ibáñez, Gerencia de Desarrollo Tecnológico y SHEQ. Razones para la recuperación o el recubrimiento de piezas 1.- Reducir costos La aplicación de un material de recubrimiento a una pieza metálica desgastada, para proporcionarle una condición similar a la de una pieza nueva, constituye por lo general entre un 25 - 75% del costo de un repuesto nuevo. 2.- Prolongar la vida útil del equipo El recubrimiento extiende la vida útil de una pieza entre un 30 y un 300%, en comparación a una pieza no revestida. 3.- Menor pérdida de tiempo Gracias a la mayor duración de las piezas, se requieren menos interrupciones en el trabajo para reemplazarlas. 4.- Reducción del inventario de repuestos No hay razón para mantener un gran stock de repuestos cuando existe la alternativa de recuperar las piezas devolviéndoles sus dimensiones originales.

 Bhushan, Bharat (2002). Introducción to tribology. Edit. Wiley. USA. La obra trata de los aspectos generales sobre los tipos de desgaste, el fenómeno de la degradación de las piezas mecánicas y los procesos de su lubricación para cubrir su vida útil plenamente, pero no aborda los métodos de recuperación electrogalvánica de las piezas de máquinas agotadas por desgaste límite, como el acerado, el cromado, etc.

 Montgomery, D.C. (1991). Diseño y análisis de experimentos. 3° Edición. Edit.

Iberoamericana. México. Trata sobre los métodos de optimización en la búsqueda de valores óptimos en la planificación de un experimento.

 Mellado Cruz, J (2005). Tesis “Aplicación del método de elementos discretos a problemas de desgaste”. Universidad Politécnica de Cataluña. España. Aborda el problema de la definición de la vida útil de un elemento de máquina.

8 Justificación

(a) En torno a las razones o motivos e importancia del tema a ser investigado Teórica

No está sistematizada la investigación sobre la recuperación electrogalvánica de piezas de máquinas agotadas por desgaste límite, es decir, es una tecnología poco conocida en nuestro país. En las condiciones actuales de crecimiento de la producción automotriz y de la intensificación de su uso aumentó también la cantidad de piezas desgastadas, cuya recuperación por este método electrogalvánico genera un efecto más económico por el menor gasto de metal, energía eléctrica y mano de obra que cuando se fabrican nuevas piezas.

Tecnológica

La recuperación electrogalvánica de piezas de máquinas agotadas por desgaste límite es una tecnología no practicada en nuestro medio, con fines productivos.

Por lo que su aplicación tecnológica es una necesidad que plantea la realidad nacional de nuestro país.

Económica

El empleo del método electrogalvánico genera un efecto más económico por el menor gasto de metal, energía eléctrica y mano de obra que cuando se fabrican nuevas piezas.

Social

La introducción del método de recuperación electrogalvánica de piezas de máquinas agotadas por desgaste límite en nuestro país puede traer consigo la creación de una gran cantidad de nuevos puestos de trabajo, por la necesidad que plantea el sistema de mantenimiento y reparación de las máquinas en nuestro país.

Medio ambiental

El método de recuperación electrogalvánica de piezas de máquinas agotadas por desgaste límite, al generar un efecto más económico en el proceso de mantenimiento y reparación de máquinas, por el menor gasto de metal, energía eléctrica y mano de obra que cuando se fabrican nuevas piezas contribuye a una mejor conservación del ecosistema y el empleo más racional de los recursos materiales.

(b) En torno a la sustentación de la pertinencia de la pregunta o problema que se abordará en la investigación

La tecnología de recuperación electrogalvánica de las superficies de las piezas de máquinas agotadas por desgaste límite, da la oportunidad de planificar y precisar mejor el proceso de contrastación experimental de la hipótesis mediante el empleo de la herramienta teórica denominada diseño de experimentos o teoría de la planificación matemática del experimento, que permite optimizar el proceso experimental con un mayor y significativo ahorro de tiempo, energía eléctrica, recursos materiales y mano de obra que cuando se fabrican nuevas piezas.

(c) En torno a los resultados esperados e impactos previstos

Se espera que los resultados sean una evidencia de una de las formas de optimización de la tecnología de recuperación de las superficies desgastadas de las piezas de máquinas declasificadas por desgaste límite y signifique el logro de un efecto económico más rentable y una mayor utilidad social por la generación de nuevos puestos de trabajo.

1.2. El problema

¿De qué modo la tecnología del acerado electrogalvánico de bulones de motores agrícolas declasificados por desgaste límite permite optimizar este proceso para obtener la dureza pertinente de los bulones?

1.3. Formulación de la Hipótesis

La dureza pertinente de los bulones de los motores agrícolas declasificados por desgaste límite se puede optimizar empleando racionalmente los modelos matemáticos y los parámetros de operación y control de la tecnología del acerado electrogalvánico basado en la planificación matemática del experimento.

10 1.4. Objetivos

1.4.1. Objetivo General

Optimizar la tecnología de acerado electrogalvánico de bulones de motores agrícolas declasificados por desgaste límite para obtener su dureza pertinente de trabajo en las operaciones agrícolas.

1.4.2. Objetivos Específicos

 Determinar el valor de los parámetros de operación del proceso de acerado electrogalvánico de los bulones que expresan el nivel de su optimización.

 Establecer la estructura del diseño factorial como modelo matemático para determinar el valor óptimo de la dureza del revestimiento del bulón.

 Determinar, la dureza de la superficie revestida del bulón (acerado) en el baño electrogalvánico.

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

12 CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. EL DESGASTE EN LAS PIEZAS MÓVILES DEL MOTOR

El desgaste en las piezas de las máquinas se manifiesta generalmente del siguiente modo:

 Desgaste mecánico.

 Desgaste corrosivo – mecánico.

 Desgaste bajo la acción de la corriente eléctrica.

Al desgaste mecánico pertenecen:

 El desgaste abrasivo

 El desgaste hidroabrasivo (gasoabrasivo)

 El desgaste erosivo

 El desgaste hidroerosivo (gasoerosivo)

 El desgaste cavitacional

 El desgaste por fatiga bajo agarrotamiento Al desgaste corrosivo – mecánico pertenecen:

 El desgaste oxidante (por oxidación)

 El desgaste por corrosión.

Al desgaste bajo la acción de la corriente eléctrica pertenece:

 El desgaste electroerosivo.

Con relación a las leyes de degradación y destrucción de las piezas, bases axiológicas de la doctrina del mantenimiento de máquinas:

El objetivo principal del mantenimiento de las máquinas, como parte del proceso de su explotación, consiste en reducir los gastos destinados a mantenerlas con capacidad de trabajo en determinadas condiciones de operación. Cumplir de manera más

efectiva con este objetivo se puede mediante el control proactivo de la variación del estado técnico de la máquina basado en los siguientes aspectos:

 El conocimiento de los procesos físicos de degradación o destrucción por fatiga, por corrosión o erosión de las piezas de las máquinas a medida que aumenta su desgaste o deviene su rotura.

 El conocimiento de los principales factores que determinan la intensidad de la forma conductora de la degradación y el método de valuación cuantitativa de la confiabilidad de la máquina y sus piezas en condiciones dadas de su explotación.

 La creación de las condiciones más favorables de trabajo para las piezas acopladas que limitan la durabilidad de uno u otro conjunto.

Por consiguiente, durante el proceso de explotación de las máquinas, el desgaste y la destrucción de las piezas ocurre debido a su desgaste parcial o total y como resultado del desarrollo de los procesos de fatiga, corrosión y erosión.

La intensidad de la degradación de las piezas depende de las propiedades físico – mecánicas de su material, de los parámetros físico – químicos del medio externo, de la magnitud del tipo de solicitación (presión de las tensiones superficiales, velocidad del desplazamiento relativo, del tipo de rozamiento).

La degradación tiene generalmente tres regiones:

 La región de rozamiento mínimo y de desgaste, considerado como proceso normal.

 La región de los procesos de tránsito, cuando los valores de los parámetros de influencia externa son pequeños.

 La región de los estados críticos de tránsito a la degradación fuerte (avería) o crecimiento de las fuerzas de rozamiento.

La principal señal del desgaste normal es la degradación de la superficie que se localiza en las capas superficiales finísimas de estructuras secundarias que se forman durante el rozamiento en condiciones de un equilibrio dinámico de un proceso mecánico de formación y degradación de las estructuras secundarias.

14

Fig. 4. Estado límite del desgaste de las piezas y la capacidad de trabajo de la máquina.

Falla o fallo- Es el acontecimiento que consiste en la pérdida de la capacidad de trabajo de un componente o de la máquina en su conjunto.

Buen estado técnico de una pieza o de la máquina en su conjunto- Es el estado técnico bajo el cual éste corresponde y responde a todos los requisitos establecidos en las especificaciones técnicas normadas.

Mal estado técnico de la pieza o de la máquina en su conjunto- Es el estado técnico bajo el cual éste no corresponde ni responde por lo menos a uno de los requisitos establecidos en las especificaciones técnicas normadas.

Defecto- Es cada una de las faltas de correspondencia de la pieza o de la máquina en su conjunto, con los requisitos establecidos en las especificaciones técnicas normadas.

El defecto puede ser consecuencia de un diseño mal concebido, es decir de carácter constructivo o debido a errores en el proceso de fabricación, es decir, de carácter productivo.

ESTADO LÍMITE

Fallo completo, avería

ANOMALÍA Fallo parcial BUEN ESTADO TÉCNICO

MAL ESTADO TÉCNICO

CON CAPACIDAD DE TRABAJO SIN CAPACIDAD DE TRABAJO

L(km);T(horas)

δ

δ

Desgaste

2.2. EN TORNO A LA TECNOLOGÍA DE LA RECUPERACIÓN

ELECTROGALVÁNICA DE PIEZAS DEGRADADAS Y

DESCLASIFICADAS POR DESGASTE LÍMITE:

En las condiciones actuales de un crecimiento en la producción de automotores, uno de los problemas actuales de la reparación automotriz lo constituye el abastecimiento de repuestos, lo cual plantea la necesidad de buscar innovadores procesos tecnológicos de recuperación de piezas de máquinas, la modernización de los métodos existentes y el establecimiento de una rama que asegure su empleo racional.

En las condiciones de un permanente crecimiento de la producción automotriz y de la intensificación de su uso aumenta también la cantidad de piezas desgastadas que han cubierto un ciclo de su explotación. Estas piezas en su mayoría sirven todavía para ser recuperadas y para su trabajo futuro.

La recuperación de las piezas desgastadas es un método efectivo que permite exitosamente resolver el problema con ayuda de las piezas desgastadas. En estas condiciones la recuperación de las piezas genera un menor gasto de metal, de energía eléctrica y de mano de obra que cuando se fabrican nuevas piezas

De la práctica del mantenimiento correctivo se sabe que la mayoría de las piezas separadas por desgaste pierden no más del 1 – 2% de su masa inicial. Según esto, la resistencia de las piezas prácticamente se conserva. Así por ejemplo, el 95% de las piezas de los motores de combustión interna separados por desgaste no sobrepasan los 0,3 mm y la mayoría de ellas pueden ser usadas nuevamente después de ser reparadas (recuperadas), Kanarchuk V.E. (1995)

.

La reparación de la mayoría de las piezas recuperadas totaliza un precio de costo que no sobrepasa el 10 – 30% del precio de costo de las nuevas. El amplio empleo de los nuevos métodos de recuperación de piezas en el proceso de reparación de las máquinas, como parte del sistema de planificación del mantenimiento de máquinas permite economizar en las escalas de país cientos de toneladas de metal y de recursos económicos.

16 Actualmente, un mayor peso específico en la tecnología de la recuperación de piezas empezó a ocupar el recubrimiento electrolítico de hierro sólido, el cual, se diferencia de otros métodos de recuperación por los elevados indicadores técnico-económicos y la eficiencia de los materiales utilizados.

Se conocen tres formas básicas de obtención de los recubrimientos del hierro electrolítico: A bajas temperaturas del electrolito; con diferentes aleaciones galvánicas con base hierro; y con sencillos electrolitos clorados.

Los recubrimientos de hierro sólido por algunas propiedades físico-mecánicas recuerdan al acero medianamente aleado. El proceso de obtención de aquellos recubrimientos fue denominado convencionalmente acerado sólido.

El acerado proporciona una gran productividad y una elevada resistencia de adherencia del recubrimiento con la base. Para el proceso son característicos las elevadas densidades de la corriente catódica (de 20 – 60 A/dm2), la salida de

corriente alcanza el 95%, la velocidad del depósito de metal es hasta 0,5 mm/h por cada lado, lo que en 15 – 20 veces sobrepasa la velocidad de asentamiento del cromo.

El espesor de los recubrimientos de las piezas puede llegar hasta 2 mm (en condiciones de laboratorio), Melkov M.P. (1982).

El proceso ha sido asimilado por un gran número de empresas automotrices, del transporte marítimo, del sector agrario, construcción civil, construcción de máquinas, la industria química, textil, metalúrgica, petrolera y otras.

En la recuperación de piezas automotrices, la mayor atención se presta a los métodos de restauración de las piezas desgastadas. Los métodos de restauración de piezas desgatadas más difundidos se muestran a continuación, Ver Fig. 5:

Fig. 5. Métodos de restauración de piezas desgastadas MÉTODOS DE RESTAURACIÓN DE PIEZAS DESGASTADAS

-Reparación por manejo de dimensiones -Por manejo de piezas agregadas -Por cambios de una parte de la pieza MAQUINADO

POR FUSIÓN

METALIZACIÓN

Acerado Cromado Cobreado Otros RECUBRIMIENTO ELECTROLÍTICO Y

ELÉCTRO GALVÁNICO

AGREGADO POR TRATAMIENTO QUÍMICO

MAQUINADO POR CHISPORROTEO ELÉCTRICO

Rellenado con bronce al plomo Rellenado con material babbit

RELLENADO CON

Reducción de espesor Embutición de la pieza Ensanchamiento A PRESIÓN

AGREGADO POR TRATAMIENTO GASOTERMICO

Por arco eléctrico, manual;

Por arco eléctrico, mecanizado: Por arco abierto;

Por capa fundente; Eléctrico y fusión de escoria;

Por impulsión y arco eléctrico vibrante;

Por inducción;

Por plasma;

Gásicas.

Prensado del material ALEACIONES ANTIFRICCIÓN

18 2.3. ESQUEMA DEL PROCESO TECNOLÓGICO DE ASENTAMIENTO DEL

HIERRO EN LA SUPERFICIE DE LA PIEZA A REPARARSE (BULONES)

Fig. 6. Esquema del proceso tecnológico de asentamiento del hierro en la superficie del bulón

LIMPIEZA MAQUINADO

O

LAVADO CON

ACETONA LIMPIEZA CON LIJA

DESENGRASE CON CAL LAVADO CON AGUA FRÍA

MANTENIMIENTO EN EL BAÑO, SIN CORRIENTE LAVADO CON AGUA FRÍA

AUMENTO GRADUAL DE LA DENSIDAD DE CORRIENTE LAVADO CON AGUA FRÍA

Preparación previa de la pieza (los bulones)

LAVADO CON AGUA A 50 – 60 °C TRATAMIENTO ANÓDICO EN H2SO4 AL 30%

PREPARACIÓN ELECTROQUÍMICA DE LOS BULONES

TRATAMIENTO ANÓDICO EN SOLUCIÓN DE CLORURO DE HIERRO SUSPESCIÓN Y

AISLAMIENTO

ASENTAMIENTO DEL HIERRO SÓLIDO SOBRE EL BULÓN

LAVADO NEUTRALIZACIÓN EN SOLUCIÓN ALCALINA

DESMONTAJE Y RETIRO DEL AISLAMIENTO

LAVADO EN AGUA CALIENTE

TRATAMIENTO MECÁNICO (MECANIZADO) TRATAMIENTO DESPUÉS DEL ASENTAMIENTO DEL HIERRO

2.4. LOS RECUBRIMIENTOS GALVÁNICOS (a) La formación de los recubrimientos galvánicos

En calidad de ánodos se emplean placas (chapas) del metal que se precipita (ánodos disolubles) o de un material no disoluble en el electrolito (ánodos no disolubles).

En una precipitación galvánica, en el cátodo tiene lugar la descarga de los iones del metal y las reacciones de liberación o descarga (desprendimiento) del hidrógeno:

𝑀_𝑒^𝑛++ 𝑛𝑒 → 𝑀_𝑒 2𝐻⁺+ 2_𝑒→ 𝐻₂

En el ánodo tienen lugar los procesos de disolución electroquímica del electrodo y la liberación o desprendimiento (descarga) del oxígeno:

𝑀_𝑒− 𝑛𝑒 → 𝑀_𝑒^𝑛+

4𝑂𝐻⁻→ 2𝐻₂𝑂 + 𝑂₂+ 4_𝑒

En la composición del electrolito, además de los iones precipitados del metal pueden ingresar sustancias que elevan su conductibilidad eléctrica y mejoran su tratamiento tecnológico (sustancias superficiales activas para el mejoramiento de la polarización del cátodo, que proporciona estabilidad de PH de la solución y otras).

La precipitación eléctrica tiene lugar en los siguientes estadios:

1. La transferencia de las capas del metal, que se descargan del volumen del electrolito a la superficie del cátodo, a cuenta de la difusión y la convección.

2. La transferencia de los iones del metal a través de la doble capa eléctrica con su consiguiente adsorción en la superficie del cátodo y la interacción con los electrones con formación de los átomos neutrales adsorbidos.

La doble capa eléctrica es una capa eléctrica de cargas divididas espacialmente de signo opuesto, que surge en la frontera bifásica, ejemplo: cuerpo sólido y líquido.

El exceso de electrones en la superficie del cátodo y de los iones positivos del metal precipitado (asentado) en la superficie del cátodo, en el electrolito, constituyen una doble capa eléctrica.

3. El desplazamiento (difusión) de los átomos adsorbidos por la superficie del cátodo

20 cristalizados. Los centros de cristalización comúnmente son defectos de la estructura del material del cátodo (dislocación, la frontera de los granos y otros).

El segundo y tercer estadio caracterizan a los procesos que tienen lugar en los microvolúmenes.

El crecimiento del recubrimiento galvánico sucede por el mecanismo de formación y crecimiento de los gérmenes (embriones), también, así como en la cristalización volumétrica y fundidas. La estructura de la precipitación galvánica se determina por la correlación de las velocidades de formación de los gérmenes (embriones) y su crecimiento. Cuanto mayor es la velocidad relativa de formación de los gérmenes, tanto mayor es la finura del grano de la estructura del recubrimiento formado.

La estructura del recubrimiento galvánico, sus propiedades físicomecánicas y de protección se determinan por la naturaleza del metal asentado (precipitado), por la composición del baño (solución) y el régimen de electrólisis.

(b) La tecnología del asentamiento de los recubrimientos galvánicos

Las propiedades de los recubrimientos se determinan por la tecnología de su obtención, la cual incluye:

 La preparación previa de la superficie

 La composición del electrolito y el régimen de asentamiento de la precipitación (temperatura, acidez y densidad de corriente)

 Disposición de las piezas y ánodos en el baño galvánico.

La preparación previa de la superficie de las piezas es necesaria para proporcionar un buen aspecto externo y un acoplamiento resistente del recubrimiento con el metal principal (la pieza a galvanizar). Diferencian la preparación previa de la superficie:

mecánico, químico y electroquímico.

En el tratamiento mecánico: Con el rectificado, pulido o bruñido, con el arenado se logra eliminar las rugosidades, ralladuras, rebabas.

El tratamiento químico y electroquímico proporciona el desengrase de la superficie y la eliminación de las películas de óxido.

El desengrase químico se realiza en soluciones alcalinas y en disolventes orgánicos (querosene, gasolina, esteres, di cloruro de etilo, otros).

El desengrase electroquímico se realiza en soluciones alcalina calientes, según esto, en comparación con el proceso de preparación se acelera en 6 – 10 vces.

Los productos de la corrosión se eliminan por ataque químico o electroquímico en ácidos disolubles o sales.

El régimen de precipitación (asentamiento del recubrimiento sobre la superficie de la pieza a recuperarse) se determina por la composición del electrolito, la temperatura y la densidad de corriente. La cantidad de metal asentado (precipitado sobre la pieza) es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través del electrodo y el espesor del recubrimiento se determina en correspondencia con la ley de Faraday:

𝒚 =𝑲_𝒆. 𝒊. 𝒉. 𝝉

𝝆. 𝟏𝟎𝟎𝟎 ; 𝒎𝒎, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:

y – espesor del recubrimiento, mm; - Ke – equivalente electroquímico, gr/A.h;

h – salida (rendimiento) de metal por corriente, %;

i – densidad de corriente catódica, A/dm²; ρ – densidad del metal de recubrimiento, gr/cm³; τ – continuidad de la electrolisis, h.

Con el aumento de la densidad de corriente crece la velocidad de la precipitación.

El aumento de la densidad de corriente es posible hasta el valor del límite de la corriente, en el cual surge el efecto de formación dendrítica, que reduce la calidad de recubrimiento.

El aumento de la temperatura del electrolito en determinados límites acrecienta el valor del límite de la corriente, aumenta la solubilidad de las sales, la conductividad eléctrica y en la mayoría de los casos la salida de metal (rendimiento) por corriente.

22 2.5. EN TORNO A LA PLANIFICACIÓN DEL EXPERIMENTO

La revolución científico – técnica que ocurre actualmente se caracteriza por el nivel de la producción con su alta concentración y centralización nunca antes visto. En relación con esto, surgió la exigencia del planeamiento óptimo y de la dirección de todas las formas y ramas de la economía, ver Fig. 7. La exigencia señalada condicionó el desarrollo tempestuoso y el perfeccionamiento de las distintas ramas de la matemática aplicada.

Fig. 7. Estructura de la planificación matemática sobre la búsqueda de condiciones óptimas.

Muchos problemas de la técnica y la economía y en particular los problemas del transporte automotriz, exitosamente se resuelven con ayuda de los métodos analíticos.

Así, por ejemplo, si el fenómeno analizado sigue a un determinado esquema y se S E G Ú N E L M É T O D O E M P L E A D O

EL PLANEAMIENTO ÓPTIMO

EN LA BÚSQUEDA DE CONDICIONES ÓPTIMAS

LA MATEMÁTICA APLICADA

EL MÉTODO ANALÍTICO EL MÉTODO IMITACIONAL

La influencia de los diversos factores sobre el parámetro de optimización

se describe con un número no grande de ecuaciones lineales, diferenciales o de

diferencias.

Se describen los fenómenos mediante un sistema compuesto

por una gran cantidad de ecuaciones, no lineales, diferenciales, de diferencias o

trascendentales de orden superior con perturbaciones

aleatorias

describe con ayuda de un número no grande de ecuaciones lineales, diferenciales o de diferencias, entonces para la evaluación de la influencia de los diversos factores sobre el parámetro de optimización se emplean los métodos analíticos. Sin embargo, a medida que se van desarrollando las diversas ramas de la economía, los problemas se van haciendo más complejos y las soluciones óptimas depende de un número de factores cada vez más grande. Los esquemas que siguen los fenómenos analizados, de su condición determinística se transforman en estocásticos, ver Fig. 8.

Fig. 8. Calidad de los estados de los objetos de estudio.

Los fenómenos se describen mediante un sistema de una gran cantidad de ecuaciones no lineales, diferenciales, de diferencias o trascendentales de orden superior que contienen perturbaciones aleatorias (casuales). En estas condiciones los métodos analíticos se hacen muy laboriosos.

La revolución científico-técnica condujo al perfeccionamiento de los ordenadores (computadoras) y de los lenguajes de programación universales (fortran, algol, etc.) En base a esto, surgió la rápidamente desarrollada y nueva orientación de la investigación matemática de los procesos estocásticos complejos: El llamado modelamiento imitacional.

2.6. EL MODELAMIENTO IMITACIONAL:

Es una aproximación consecutiva (iteración), con ayuda de la cual ocurre la búsqueda de la solución óptima. En un modelamiento imitacional, la variante óptima se determina no puramente por los métodos rigurosamente matemáticos, como en el tratamiento analítico, sino por medio de sucesivas aproximaciones, escogiendo unas u otras estructuras y los valores numéricos de los factores.

Fenómenos (objetos de estudio)

Determinísticos Estocásticos

24 La construcción del modelo imitacional y con él la experimentación requieren una preparación matemática elevada y la consideración de todos los factores que influyen en el fenómeno estudiado. A diferencia del experimento real, el cual como regla, es muy caro, requiere de un tiempo considerable y no siempre es posible, en cambio, el modelamiento imitacional permite en un tiempo muchas veces menor que el tiempo que corre el proceso de análisis real, revisar por medio de la búsqueda de los factores que ejercen influencia en el parámetro de optimización, las diferentes variantes alternativas (trayectorias) y elegir de ellas la óptima, describir los fenómenos en el momento actual y con pronóstico del tiempo.

En función del carácter de las condiciones, el modelamiento imitacional se subdivide en una serie de formas particulares. Aquellas formas particulares son por ejemplo, el método de modelamiento estático, la planificación matemática del experimento, otros, ver Fig. 9 y 10.

Fig. 9. El modelamiento imitacional y concepción estática y dinámica de los fenómenos

EL MODELAMIENTO IMITACIONAL

ESTÁTICO DINÁMICO

Describe los fenómenos en el momento actual

Describe los fenómenos con pronóstico del tiempo

Fig. 10. Métodos matemáticos de búsqueda de la solución óptima

En la práctica es difícil hacer una conclusión fundamentada sobre cuándo es necesario emplear el método analítico y cuándo el método de modelamiento imitacional. Así por ejemplo, si el fenómeno analizado se describe mediante un sistema de ecuaciones lineales estocásticas de tercer grado, entonces el valor del trabajo y tiempo conocido puede ser obtenido mediante una solución analítica. Sin embargo, los gastos del trabajo y tiempo puede resultar tan altos que surge la pregunta ¿no es mejor resolver el problema planteado con ayuda del modelamiento imitacional? La pregunta sobre cuándo emplear el método analítico y cuándo el imitacional, hasta ahora no tiene una respuesta alineada.

Mucho tiempo, la matemática estadística se empleaba solamente para el procesamiento de los resultados experimentales. El matemático no se mezclaba con el planteamiento del experimento, por esto, el proceso de experimentación no fue formalizado.

Actualmente se muestra que el mayor efecto que la matemática estadística puede traer es cuando su aparato se emplea en la misma primera etapa del proceso experimental, es decir, durante la planificación del experimento.

El modelamiento imitacional, en el caso general se compone de las siguientes etapas:

MÉTODOS MATEMÁTICOS DE BÚSQUEDA DE LA SOLUCIÓN ÓPTIMA

LOS MÉTODOS ANALÍTICOS

LOS MÉTODOS DE MODELAMIENTO

IMITACIONAL

El método de modelamiento estadístico (el método de

Monte Karlo, otros)

La planeación matemática del

experimento

Otros

26 1. El planteamiento del problema y la determinación de los objetivos del

experimento.

2. El estudio del fenómeno investigado. En esta etapa se realiza el análisis cualitativo del mecanismo interno del fenómeno. Se precisan los datos iniciales y las limitaciones, y también las perturbaciones casuales agregados en el curso del proceso. Se reúne la información que caracteriza al trabajo del sistema en los anteriores periodos y actualmente. Se separan los subprocesos y se establecen los criterios, con ayuda de los cuales se evaluará la eficiencia del funcionamiento del sistema.

3. El planeamiento del experimento. A la realización del experimento comúnmente antecede su planeamiento. El plan del experimento debe responder a sus objetivos previstos. En el caso general, se pueden anotar los siguientes objetivos del experimento:

(a) El planeamiento de los llamados experimentos extrémales, realizados con el propósito de determinar aquella combinación de los niveles de los factores bajo los cuales el parámetro de optimización va a tener el mayor valor.

(b) El planeamiento del experimento con la tarea de realizar un análisis cuantitativo del mecanismo interno del fenómeno, que subyace en la base del fenómeno estudiado y que permite establecer el grado de influencia de cada uno de los argumentos (jerarquización de los efectos) en el parámetro de optimización, la determinación de la función de dirección óptima del objeto dado, otros.

4. La formulación del modelo matemático del fenómeno. Para esto, se realiza la formalización del trabajo del sistema, es decir, se separan los factores principales y se exceptúan los secundarios. Esto permite componer el modelo matemático que responde al sistema en forma de ecuaciones, gráficos, esquemas, etc. El modelo matemático formalizado se denomina algoritmo del proceso.

Gráficamente el algoritmo se presenta en forma de un operador block – esquema.

5. La elaboración del programa en un lenguaje de programación universal. Para esto, en correspondencia con el modelo matemático y su algoritmo en uno de los

lenguajes universales de programación se prepara el programa para obtener la mejor variante.

6. La comprobación del modelo matemático a su adecuación. La valoración del modelo matemático por su adecuación es muy importante como problema a resolver. Este problema es lo suficientemente complejo, ya que él está relacionado con muchos aspectos estadísticos, lógicos y prácticos. En función de las condiciones de la prueba de adecuación puede realizarse, por ejemplo, con ayuda de los siguientes métodos:

(a) Por el método de comparación de los datos de salida, obtenidos con ayuda del modelo, con los datos análogos obtenidos en el experimento en los periodos pasados (antes), si ellos se tienen;

(b) Las pruebas de adecuación por los métodos estadísticos, con ayuda del criterio de Fisher, Student y de otros métodos. En el caso general, el problema de la evaluación de la adecuación del modelo imitacional, hasta ahora no tiene una solución completa. Un criterio importante en esto es la siguiente práctica: si en el proceso del modelamiento imitacional no se obtienen resultados negativos entonces la confianza en el modelo crece.

La realización del experimento y el procesamiento de sus resultados.

28

CAPÍTULO III

MATERIAL Y MÉTODO

CAPÍTULO III MATERIAL Y MÉTODO 3.1. MATERIAL

(a) El objeto de estudio lo constituyen los bulones o ejes de los pistones del motor agrícola AGCO Power 4.4l/4 cilindros que trabaja en los diversos campos de cultivo del Valle de Jequetepeque, equipados en los tractores agrícolas Massey Ferguson, Fig.11.

Fig. 11. Ubicación del bulón en el conjunto pistón – biela, (ver Figs. 1, 2 y 3).

(b) Especificaciones técnicas de los tractores Massey Ferguson Tabla

Tractor agrícola MF 5710

Capacidad de Levante 4300 Kg

Potencia 105 CV

Torque Máximo 410 (42)

Transmisión 12x12 con reversa mecánica o Electrohidráulica

Bulón, pin, pasador, eje de pistón o perno

30 (c) Diseño del baño para el aceramiento

1 – El baño de hierro;

2 – La cubierta de la camisa de aceite;

3 – Tapa de madera; 4 – Revestimiento de loseta;

5 – Soporte (ángulo) 6 – Racor de descarga;

7 – Calentador eléctrico para el aceite.

Fig.12. Baño para el aceramiento, enlucido con baldosa granítica.

1. Calentadores; 2. Interruptor del regulador térmico; 3. Resistencia auxiliar; 4. Condensador;

5. Resistencia; 6. Transformador; 7. Contactor; 8. Relé auxiliar; 9. Termómetro de contacto

Fig. 14. Esquema de calentamiento del electrolito

1. Regulador de tensión; 2. Rectificador semiconductor. Baño

Fig.13. Esquema de regulación de la tensión en las barras del baño.

(d) Seis (06) bulones de pistones de motores agrícolas diesel del tractor MF 5710, cuyas especificaciones técnicas son las siguientes:

Acero al carbono SAE 1060 ≡ BOEHLER “HH” ≡ C1060 AISI ≡ ck 60 DIN, cuyas especificaciones técnicas son las siguientes:

TABLA 1. COMPOSICIÓN QUÍMICA (EN %) DEL ACERO SAE 1060

C Mm Si P S Cr Ni

0,48 – 0,56 0,70 – 1,0 0,17 – 0,37 Hasta 0,04 Hasta 0,04 Hasta 0,25 Hasta 0,25

TABLA 2. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO SAE 1060 ϬB

kg. /mm²

ϬT

kg/mm²

δ

%

aH

kg/cm²

Dureza de los muñones(HRC)

66 40 13 4 52 – 68

(e) Un baño electrolítico con sistema de regulación de la temperatura del electrolito y de la intensidad de la corriente. Ver Figs. N°12, 13, 14 y 15.

(f) El electrolito de composición:

 Cloruro de Hierro Fe Cl2 . 4H2 O………...: 200 gr/litro

 Acido muriático (ácido clorhídrico)...: (0,6 ÷ 0,8) gr/litro (g) Viruta de acero al carbono tipo SAE 1060

(h) Sal común en la cantidad necesaria.

1. Baño para la aceración; 2. Recipiente con agua acidulada; 3. Caño de aire;

4. Caño de relleno del baño con agua acidulada.

Fig. 15. Esquema de la instalación para mantener la constancia de la concentración del electrolito

32 3.2. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

Fig. 16. Estructura de la investigación: Variables de estudio

X1 – La intensidad de la corriente en amperios,

X2 – La temperatura del electrolito, en °C.

Variable de respuesta

Y – Dureza del recubrimiento en HRC

Proceso de preparación de decisiones para asumir la estrategia racional para la solución del problema.

Datos de entrada E1 … En

Variables de coordinación K1... Kn

. . .

Variables de Decisión

Xi Indicadores de

eficiencia o variable de respuesta

Y1.

.

Muestra: . Bulones de pistón

Datos de entrada

E1 – Acidez (pH) del electrolito, E2 – densidad del hierro empleado,

E3 – equivalente electroquímico del hierro.

E1, E2, E3 – permanecen constantes durante el experimento.

Variables de coordinación

K1 – La densidad de corriente del electrolito

K2 – El ánodo de hierro disoluble (acero de bajo contenido de carbono, tipo SAE 1060.

Variables de decisión

3.3. MÉTODO Y TÉCNICAS 3.3.1. Método

Como método universal se considera el principio metodológico de la unidad dialéctica de la teoría y la práctica, el cual destaca el rol decisivo de la teoría para penetrar en la esencia de la realidad y orientar la investigación empírica y la práctica hacia la solución de los problemas, teniendo siempre presente que el criterio de veracidad de la teoría está en la práctica, en la observación, en el experimento, en la ciencia aplicada. Además del principio metodológico de la unidad dialéctica de la teoría y la práctica, se considera el método dialectico basado en los hechos de la práctica que conduce al conocimiento más completo y multilateral del objeto de estudio.

Como método general se emplea el método experimental acorde con la teoría de la planificación del experimento (teoría del diseño de experimentos) para establecer generalizaciones más objetivas que permiten sistematizar mejor los resultados en el presente estudio.

Como método particular se emplea el método electro galvánico de acerado.

3.3.2. Técnicas

- Manejo de instrumentos de medición (termómetro, amperímetro, densímetro de corriente, etc.

- Medición de los parámetros de estudio (temperatura, amperaje, densidad de corriente, etc.

- Preparación del electrolito y su correspondiente análisis en cuanto a contenido de cloruro de hierro y ácido muriático (ácido clorhídrico).

- Preparación de viruta de un acero tipo SAE 1060.

- Preparación del circuito de corriente para el ánodo y el cátodo en el baño electrolítico.

34 3.3.3. Procedimiento de preparación del electrolito

 Se prepara viruta de un acero de un contenido de carbono tipo SAE 1060.

 La viruta obtenida es limpia sin costra de óxido ni herrumbre.

 La viruta se desgrasa en solución de soda cáustica.

 Para un contenido de 200 gr/litro de Cloruro de Hierro se necesita 50 gr.

De viruta por cada litro de volumen útil del baño.

 Se diluye ácido muriático con agua en una cantidad de 0,5 litros por cada litro de ácido.

 Se lleva la viruta al ácido y se decapa hasta la desaparición de burbujas de hidrógeno.

 El decapado se realiza a una temperatura de 30 – 40°C en un recipiente resistente al ácido y al aire libre, o en un ambiente con buena ventilación local.

 Se disuelve en agua la cantidad necesaria de sal común, el volumen de agua debe ser aproximadamente igual a la mitad del volumen del ácido.

 Se lleva la solución de sal común a la solución de cloruro de hierro.

 Se lleva el electrolito obtenido a un tanque de reposo y se mantiene 24 horas para que sedimente.

 Rellenar el baño con el electrolito, el mismo que debe ser filtrado con ayuda de un tejido de fibra de algodón reforzado resistente al ácido.

 Se hace un análisis del electrolito en cuanto a contenido de hierro y ácido muriático y se nivela su composición agregando agua o ácido.

3.3.4. Procedimiento de aceración (tecnología de la aceración) (a) Preparación previa de los bulones a reparar

 Limpieza de los bulones.

 Tratamiento mecánico de los bulones para darle una superficie lisa, el espesor mínimo de la capa de aceración debe ser de 0,2 ÷ 0,3 mm.

 Lavado de los bulones con acetona;

 Limpieza de los bulones con lija metálica (“activación” de la superficie)

 Fijación del bulón (cátodo) en el dispositivo de suspensión y aislamiento de las partes de la pieza no sometidas al proceso de aceración, esta protección se realiza con barniz perclorvinílico o con baquelita o con tejido perclorvinílico.

 Desengrase de la superficie de los bulones con cal.

 Lavado con agua corriente fría.

(b) Preparación electroquímica de los bulones a reparar

 Tratamiento anódico (decapado) en solución de cloruro de hierro;

 Lavado con agua corriente fría,

 Tratamiento anódico (limpieza) en una solución de H2 SO4 al 30%;

 Lavado con agua corriente fría;

 Lavado con agua caliente a 55 ÷ 60 °C

 Sostenimiento de la pieza en el baño, sin corriente;

 “Aceleración” aumento progresivo de la densidad de la corriente;

 Precipitación del hierro sólido (aceración de la superficie de la pieza) y registro de parámetros de operación (intensidad de la corriente y temperatura del electrolito).

 Tratamiento después de la precipitación;

 Lavado en agua corriente;

 Neutralización en solución alcalina;

 Lavado en agua caliente;

 Retiro del bulón del dispositivo de suspensión y limpieza de la pieza.

 Tratamiento mecánico de la pieza según la dimensión requerida.

(c) Régimen de aceración

 Densidad de corriente, A/dm², --- 20 ÷ 40

 Temperatura óptima del baño, °C--- 80 ÷ 100

 Las oscilaciones de la densidad de la corriente

no debe sobrepasar de, A/dm² --- ± 1,0

36

 Acidez, pH, --- 1,4 ÷ 2,0

 El ánodo de hierro disoluble (acero con contenido de

carbono tipo SAE 1060, --- C1060

 La densidad del hierro “ρ”, en gr./cm³, --- 7,75

 El equivalente electroquímico, “c”, en gr./A.h., --- 1,042

3.3.5. Técnicas de obtención, registro, procesamiento de los datos experimentales y pruebas de significación y adecuación del modelo matemático.

(a) Diseño del experimento Sean:

I – la intensidad de la corriente en amperios, y T – la temperatura del electrolito, en °C,

Los factores de variación o variables independientes, los cuales ejercen influencia sobre el parámetro de optimización y.

y – variable de respuesta que caracteriza a la dureza del recubrimiento en HRC, La codificación de todos los niveles de los factores en el experimento se realiza con ayuda de las siguientes relaciones normalizadas:

𝑋₁= 𝐼̅ =𝐼 − 180

60 ; 𝑋₂ = 𝑇̅ =𝑇 − 75 50 ;

Y que se obtienen a partir de las siguientes relaciones normalizadas generales:

𝑋̅_𝑖𝑠 =𝑋_𝑖𝑠− 𝑋_𝑖𝑜

∆𝑋𝑖

= +1; 𝑋̅_𝑖𝐼 =𝑋_𝑖𝐼− 𝑋_𝑖𝑜

∆𝑋𝑖

= −1; 𝑋̅_𝑖𝑜=𝑋_𝑖𝑜− 𝑋_𝑖𝑜

∆𝑋𝑖

= 0;

Donde:

𝑋̅_𝑖𝑠, 𝑋̅_𝑖𝐼, 𝑋̅_𝑖𝑜 - son los valores de los niveles superior, inferior y central del i-avo factor en forma codificada.

𝑋_𝑖𝑠, 𝑋_𝑖𝐼, 𝑋_𝑖𝑜 – son los correspondientes factores superior, inferior y central.

∆𝑋_𝑖 =^{𝑋𝑖𝑠−𝑋𝑖𝐼}

2 , es el intervalo de variación de cada uno de los factores.

El fenómeno investigado de carácter estocástico encaja dentro del análisis científico de regresión – correlación y dispersión multifactorial y por tanto puede ser descrito mediante la siguiente ecuación de regresión de segundo orden: