UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS DE FALLAS MEDIANTE ENSAYOS NO
DESTRUCTIVOS EN EL BLOCK DEL MOTOR SEGÚN LAS
NORMAS ASTM
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCION DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
CARLOS ALBERTO ESPINOZA MALDONADO
DIRECTOR: MSC. LENIN VALENCIA
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO CÉDULA DE IDENTIDAD: 1725707358
APELLIDO Y NOMBRES: ESPINOZA MALDONADO CARLOS ALBERTO
DIRECCIÓN: LA PAMPA, LOS SAUCES LOTE 52D
EMAIL: carlos1992alberto@hotmail.com
TELÉFONO FIJO: 3490924
TELÉFONO MOVIL: 999804112
DATOS DE LA OBRA
TITULO: ANÁLISIS DE FALLAS MEDIANTE
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN EL
BLOCK DEL MOTOR SEGÚN LAS
NORMAS ASTM
AUTOR O AUTORES: ESPINOZA MALDONADO CARLOS ALBERTO
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: 12/01/2017
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN: MSC. LENIN VALENCIA
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: INGENIERO AUTOMOTRIZ RESUMEN: Mínimo 250 palabras Para la elaboración de la presente
investigación se recurrió a los laboratorios de ensayos no destructivos de la Escuela Politécnica Nacional (EPN), en el cual se usó un block de motor para ser analizado bajo la norma de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM). Esta investigación surgió de la necesidad de buscar otras alternativas de análisis de fallas en un block, ya que por falta de conocimiento en los talleres y rectificadoras de la ciudad no realizan las pruebas
educadas para determinar el
funcionamiento correcto y resistencia del block. Se llevó a cabo tres análisis para la verificación del material, se realizó una inspección visual en el cual se obtuvo que el block tenía un 25 % de daño. Para verificar el estado del block se utilizó varios instrumentos de medida, según la norma ASTM E1324-11 se determinó mediante un alexómetro que el block tenía un ovalamiento de 0.14mm, el cual se encontraba dentro de la medida máxima de
0.15mm. Adicional, se obtuvo una
apreciación de 0.0125mm, a su vez se verifico que existen varias fisuras de aproximadamente 10mm siendo un rango aceptable, según el manual del fabricante. Se realizaron dos ensayos no destructivos uno de ellos el ensayo de tintas penetrantes bajo el estándar ASTM E1417 usando el método A establecido teóricamente bajo la norma ASTM E 1209, los cuales fueron verificadas según el penetrante VP 30 con un tiempo de penetración establecido de 10 minutos. Al finalizar este ensayo se obtuvieron resultados más directos de las fisuras del block, proporcionando resultados de fisuras de 25mm. Para confirmar y determinar cuál es el método más indicado, se realizó el siguiente ensayo no destructivo de partículas magnéticas, aplicando la norma ASTM E709-15, se usó el método de partículas húmedas y un yugo magnético Y7 AC/DC, se obtuvieron resultados mayores a 30mm de tal manera se determinó que el block no podía ser reparado y el método más adecuado para la verificación fue el de partículas magnéticas húmedas, debido a esto se observó que mediante este ensayo la fisura se aprecia de manera más detallada.
PALABRAS CLAVES: Ferromagnético Block
Gaussimetro Grietas
Desmagnetización
according to ASTM E1324-11 was determined by means of an alexometer that the block had an oval of 0.14mm, which was within the maximum measurement of 0.15mm. Additionally, an appreciation of 0.0125mm was obtained, once verified that there are several cracks of approximately 10mm that are an acceptable range, according to the manufacturer's manual. The non-destructive tests were none of the penetrant inks tested under the ASTM E1417 standard using the method It was established theoretically under the ASTM E 1209 standard, which were verified according to the penetrating VP 30 with a fixed penetration time of 10 minutes . At the end of this test, the most direct results of the fissures of the block were obtained, providing results of cracks of 25mm. To confirm and determine the most suitable method, the following non-destructive test of the magnetic particles was carried out, applying the ASTM E709-15 standard, using the particle method and a Y7 AC / DC magnetic yoke, results were obtained Greater At 30mm in such a way it was determined that the block has not been repaired and the most convenient method for verification was that of the magnetic particles, so it was observed that by this test the crack is appreciated in a more detailed way.
KEYWORDS Ferromagnetic
Gaussimeter Cracks
Demagnetization
Block
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, ESPINOZA MALDONADO CARLOS ALBERTO, CI 1725707358 autor del proyecto titulado: Análisis de fallas mediante ensayos no destructivos en el block del motor según las normas ASTM, previo a la obtención del título de INGENIERO AUTOMOTRIZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
DECLARACIÓN
Yo CARLOS ALBERTO ESPINOZA MALDONADO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
CERTIFICACIÓN
DEDICATORIA
El presente proyecto lo dedico a mis padres Reinaldo Espinoza y Esther Maldonado, quieres fueron los que guiaron mis pasos para poder alcanzar cada escalón de mi vida, brindándome su apoyo para cumplir una a una mis metas. Gracias papá y mamá por ayudarme, por darme la mano en cada circunstancia, les agradezco por enseñarme a ser fuerte para superar cada obstáculo. Este proyecto es para ustedes les amo.
A mi madre Esther por su amor, por su apoyo, por enseñarme a superar cada dificultad, por bríndame siempre su sonrisa en cada momento, dándome siempre ánimo y levantándome. Mi mayor ejemplo es mi madre.
A mi padre Reinaldo quien con su esfuerzo, entrega y superación me enseño que para todo hay solución pero con paciencia, siempre inculcándonos la importancia de ser un buen hombre y en especial un buen hijo, siempre me enseñó a realizar todo desde pequeño y por eso gracias a ti hoy soy un ingeniero.
A mis hermanos Verónica, María Ángel y Reinaldo, que con su apoyo moral, económico y sentimental, me dieron todas las fuerzas para culminar mi carrera.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por concederme la vida, por regalarme los mejores padres del mundo, y por llenarme de buenas personas a mí alrededor y por haber hecho de mí quien ahora soy.
A mis padres por su apoyo durante toda mi carrera brindándome fuerzas para poder cumplir con este sueño.
A mi hermano Reinaldo quien me acompaño durante largas noches de trabajo sin déjame caer, brindándome su cariño y apoyo para poder cumplir mis metas, gracias por el ejemplo que me das como hermano.
A Claudia Sierra quien este año llegó a mi vida para apoyarme, bríndame su amor y fuerzas, ayudándome a ser mejor persona, estudiante e hijo, este es un sueño más cumplido juntos.
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
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RESUMEN 1
ABSTRACT 2
1. INTRODUCCIÓN 3
2. METODOLOGÍA 7
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 9
3.1. ANÁLISIS DE COMPOSICIÓN DE UN BLOCK 9
3.1.1. MATERIAL DIRECTO 9
3.1.2. MATERIAL INDIRECTO 10
3.2. DIAGRAMA DE PROCESO DE FABRICACIÓN DEL BLOCK 11
3.3. ELECCIÓN PRELIMINAR DEL TIPO DE BLOCK A EXAMINAR 11
3.4. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS 14
3.4.1. INSPECCIÓN VISUAL DEL BLOCK Y VERIFICACION 14
3.4.1.1. Desarrollo 15
3.4.1.2. Resultados 18
3.4.2. ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE TINTAS PENETRANTES 19
3.4.2.1. Diagrama de flujo para elaborar el ensayo 19
3.4.2.2. Normas utilizadas en el ensayo de tintas penetrantes 20
3.4.2.3. Clasificación de tintas penetrantes 20
3.4.2.4. Proceso de elaboración del ensayo de tintas penetrantes 21
3.4.2.5. Aplicación del método (Técnica) A 24
3.4.2.6. Equipos utilizados 26
3.4.2.7. Análisis 28
3.4.3. ENSAYO NO DESTRUCTIVO PARTÍCULAS MAGNÉTICAS 38
3.4.3.1. Diagrama de flujo para elaborar el ensayo 39
3.4.3.2. Normas utilizadas en el ensayo de partículas magnéticas 40
3.4.3.3. Pasos según la norma del ensayo de partículas magnéticas 40
3.4.3.4. Proceso de elaboración de partículas Magnéticas 40
3.4.3.5. Equipos utilizados 44
3.4.3.6. Análisis 47
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 56
4.1 CONCLUSIONES 56
4.2 RECOMENDACIONES 57
ii
iii
ÍNDICE DE TABLAS
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Tabla 1. Material Directo del block 9
Tabla 2. Propiedades mecánicas del block 9
Tabla 3. Material indirecto de block 10
Tabla 4. Características del Níquel 10
Tabla 5. Especificaciones técnicas del vehículo 12
Tabla 6. Especificaciones técnicas del motor 12
Tabla 7. Propiedades soda caustica 13
Tabla 8. Planitud del block 16
Tabla 9. Medidas de ovalamiento y conicidad 18
Tabla 10. Resultados de medidas del block 19
Tabla 11. Clasificación de acuerdo a la Norma ASTM E165 20 Tabla 12. Procesos básicos de tintas penetrantes 20 Tabla 13. Clasificación de líquidos penetrantes 21 Tabla 14. Tiempo de permanencia del penetrante 24 Tabla 15. Propiedades del líquido penetrante visible 26
Tabla 16. Propiedades del revelador 27
Tabla 17. Propiedades del líquido fluorescente 27 Tabla 18. Características de la lámpara luz UV 28 Tabla 19. Primera prueba de tintas penetrantes 29 Tabla 20. Resultados de la primera prueba de tintas penetrantes 30
Tabla 21. Observaciones primer ensayo TP 30
Tabla 22. Segunda Prueba de tintas penetrantes 31 Tabla 23. Resultados de la segunda prueba de tintas penetrantes 32
Tabla 24. Observaciones segundo ensayo TP 32
Tabla 25. Tercera prueba de tintas penetrantes 33 Tabla 26. Resultados de la tercera prueba de tintas penetrantes 34
Tabla 27. Observaciones tercer ensayo TP 34
Tabla 28. Cuarta prueba de tintas penetrantes 35 Tabla 29. Resultados de la cuarta prueba de tintas penetrantes 36
Tabla 30. Observaciones cuarto ensayo TP 36
Tabla 31. Quinta prueba de tintas penetrantes 37 Tabla 32. Resultados de la quinta prueba de tintas penetrantes 38
Tabla 33. Observaciones quinto ensayo TP 38
Tabla 34. Operaciones del procedimiento de Partículas Magnéticas 40
Tabla 35. Partículas magnéticas 45
Tabla 36. Revelador 45
Tabla 37. Yoke Magnaflux 46
Tabla 38. Características gaussimetro 46
iv
Tabla 41. Observación primer ensayo PM 49
Tabla 42. Segunda Prueba de Partículas magnéticas 50 Tabla 43. Resultados de la segunda prueba de partículas magnéticas 51
Tabla 44. Observaciones segundo ensayo PM 51
Tabla 45. Tercera Prueba de Partículas magnéticas 52 Tabla 46. Resultados de la tercera prueba de partículas magnéticas 53
Tabla 47. Observaciones tercer ensayo PM 53
Tabla 48. Cuarta prueba de partículas magnéticas 54 Tabla 49. Resultados de la cuarta prueba de partículas magnéticas 55
v
ÍNDICE DE FIGURAS
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Figura 1. Motor de 4 tiempos 4
Figura 2. Fundamentos de ensayo mediante tintas penetrantes 5
Figura 3. Líneas de fuerza de un imán 6
Figura 4. Diagrama de operaciones de proceso de fabricación del block 11 Figura 5. Block de un vehículo todo terreno TOYOTA STOUT año 1986 12 Figura 6. Vista exterior e interior del block del motor a inspeccionar. 14
Figura 7. Inspección visual 15
Figura 8. Planitud 16
Figura 9. Medida de Planitud 16
Figura 10. Desgaste de cilindros 17
Figura 11. Ovalamiento 17
Figura 12. Conicidad 17
Figura 13. Tapones de lubricación y refrigeración 18 Figura 14. Diagrama de flujo, elaboración ensayo 19
Figura 15. Toma de medidas del block 21
Figura 16. Block permanece fijo para inspección 22
Figura 17. Aplicación de líquidos penetrantes 22
Figura 18. Líquidos penetrantes fluorescentes 23
Figura 19. Reveladores 23
Figura 20. Líquido penetrante actuando sobre el block 24
Figura 21. Limpieza del block 25
Figura 22. Aplicación del revelador 25
Figura 23. Ubicación de la falla de la primera prueba 28 Figura 24. Ubicación de la falla de la segunda prueba 30 Figura 25. Ubicación de la falla de la tercera prueba 32 Figura 26. Ubicación de la falla de la cuarta prueba 34 Figura 27. Ubicación de la falla de la quinta prueba 36 Figura 28. Diagrama de flujo para ensayo de partículas magnéticas 39 Figura 29. Factores para el método de partículas magnéticas 40 Figura 30. Block a examinar mediante partículas magnéticas 41 Figura 31. Toma de medidas para inspección de partículas magnéticas 41
Figura 32. Magnetización del Block 42
Figura 33. Aplicación de partículas 43
Figura 34. Evaluación del block mediante partículas magnéticas 43
Figura 35. Desmagnetización del block 44
Figura 36. Ubicación de la falla de la primera prueba 47 Figura 37. Ubicación de la falla de la segunda prueba 49 Figura 38. Ubicación de la falla de la tercera prueba 51
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ÍNDICE DE ANEXOS
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ANEXO 1. Propiedades químicas del Block 60
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RESUMEN
Para la elaboración de la presente investigación se recurrió a los laboratorios de ensayos no destructivos de la Escuela Politécnica Nacional (EPN), en el cual se usó un block de motor para ser analizado bajo la norma de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM). Esta investigación surgió de la necesidad de buscar otras alternativas de análisis de fallas en un block, ya que por falta de conocimiento en los talleres y rectificadoras de la ciudad no realizan las pruebas educadas para determinar el funcionamiento correcto y resistencia del block. Se llevó a cabo tres análisis para la verificación del material, se realizó una inspección visual en el cual se obtuvo que el block tenía un 25 % de daño. Para verificar el estado del block se utilizó varios instrumentos de medida, según la norma ASTM E1324-11 se determinó mediante un alexómetro que el block tenía un ovalamiento de 0.14mm, el cual se encontraba dentro de la medida máxima de 0.15mm. Adicional, se obtuvo una apreciación de 0.0125mm, a su vez se verifico que existen varias fisuras de aproximadamente 10mm siendo un rango aceptable, según el manual del fabricante. Se realizaron dos ensayos no destructivos, uno de ellos el ensayo de tintas penetrantes bajo el estándar ASTM E1417 usando el método A establecido teóricamente bajo la norma ASTM E 1209, los cuales fueron verificadas según el penetrante VP 30 con un tiempo de penetración establecido de 10 minutos. Al finalizar este ensayo se obtuvieron resultados más directos de las fisuras del block, proporcionando resultados de fisuras de 25mm. Para confirmar y determinar cuál es el método más indicado, se realizó el siguiente ensayo no destructivo de partículas magnéticas, aplicando la norma ASTM E709-15, se usó el método de partículas húmedas y un yugo magnético Y7 AC/DC, se obtuvieron resultados mayores a 30mm de tal manera se determinó que el block no podía ser reparado y el método más adecuado para la verificación fue el de partículas magnéticas húmedas, debido a esto se observó que mediante este ensayo la fisura se aprecia de manera más detallada.
2
ABSTRACT
For the elaboration of the present investigation the nondestructive tests laboratories of the National Polytechnical School (EPN) were used, in which a block of motor was used to be analyzed under the standard of the American Society for Tests and Materials (ASTM ). This research arose from the need to look for other alternatives of fault analysis in a block, because lack of knowledge in the workshops and grinding machines of the city do not conduct the educated tests to determine the correct operation and resistance of the block. An analysis of the three cable was carried out for the verification of the material, a visual inspection was carried out in which it was obtained that the block had a 25% of damage. To check the condition of the block use several measuring instruments, according to ASTM E1324-11 was determined by means of an alexometer that the block had an oval of 0.14mm, which was within the maximum measurement of 0.15mm. Additionally, an appreciation of 0.0125mm was obtained, once verified that there are several cracks of approximately 10mm that are an acceptable range, according to the manufacturer's manual. The non-destructive tests were none of the penetrant inks tested under the ASTM E1417 standard using the method It was established theoretically under the ASTM E 1209 standard, which were verified according to the penetrating VP 30 with a fixed penetration time of 10 minutes . At the end of this test, the most direct results of the fissures of the block were obtained, providing results of cracks of 25mm. To confirm and determine the most suitable method, the following non-destructive test of the magnetic particles was carried out, applying the ASTM E709-15 standard, using the particle method and a Y7 AC / DC magnetic yoke, results were obtained Greater At 30mm in such a way it was determined that the block has not been repaired and the most convenient method for verification was that of the magnetic particles, so it was observed that by this test the crack is appreciated in a more detailed way.
3
1. INTRODUCCIÓN
En el Ecuador los talleres automotrices utilizan métodos poco eficientes para diagnosticar los problemas de un block, estos son costosos y de larga duración. Para esto es necesario realizar otras alternativas de verificación como son los ensayos no destructivos que incluyen tintas penetrantes y partículas magnéticas, lo cual puede ser realizado en cualquier taller automotriz sin necesidad de sacar el motor. Esta es una manera de verificar un problema grave en el block de cilindros; ya que el block absorbe todos los esfuerzos mecánicos y también está expuesto a cambios de temperatura demasiado fuertes lo que podría producir algún tipo de fisura.
Se realiza este proyecto por la necesidad de ayudar a los talleres automotrices en la búsqueda de alternativas más económicas y eficaces en la revisión de fallas y fisuras en los motores. Realizando técnicas de ensayos no destructivos sin necesidad de extraer el motor para determinar si la reparación del block es factible o no. Obteniendo así una idea más clara de los costos de una reparación de block.
El objetivo de este proyecto es, analizar las fallas mediante ensayos no destructivos en el block del motor según las normas ASTM; cumpliendo los objetivos específicos que son el detectar las fallas más comunes en el block de cilindros; plantear el método más adecuando para realizar los ensayos no destructivos como son tintas penetrantes y partículas magnéticas; aplicar el método de ensayo seleccionado en varios block de cilindros para establecer la repetitividad del ensayo; finalmente, analizar y comparar los resultados de los ensayos no destructivos.
Para el desarrollo de estas pruebas fue necesario adquirir un block del motor en el cual se realice los ensayos no destructivos, se efectuó un análisis de las marcas más utilizadas en tintas penetrantes y partículas magnéticas para el desarrollo los ensayos no destructivos, se determinó que la marca más adecuada es Met-L-Check, estas tintas fueron adquiridas en la empresa NDTSmart, para el desarrollo del ensayo con tintas fluorescentes fue necesario importar una linterna de luz negra marca optimax, estos materiales fueron importantes en el desarrollo de esta tesis para poder cumplir con los objetivos.
4 usa pistones, el cual es uno de los más utilizados en la actualidad (Crouse, 2013).
El motor consta de tres partes como se observa en la figura 1, la primera parte del motor según Gonzales Calleja (2008) la culata es el elemento que se fija al block del motor en la parte superior mientras que en la parte inferior del block encontramos el cárter y es el lugar donde se aloja todo el aceite que circula por los conductos de lubricación del motor.
El elemento más importante del motor es el block según Gonzales Calleja (2008), ya que sobre él se ensamblan otros elementos fijos y móviles como son la culata (elemento fijo) y las válvulas de admisión y escape (elementos móviles). También soporta los esfuerzos transmitidos por los elementos móviles como también los gases que se producen.
(Ford Scorpio, 2006)
Según Leonardo Rojas (Rojas, 2001), los block de motores vienen determinados de una sucesión de características constructivas y de funcionamiento se basa en una clasificación.
La clasificación de los block por el número de cilindros se tiene: motor en línea, motor en V, motores horizontales opuestos, en W, con líneas paralelas, etc.
Según Gonzales Calleja (2008), los bloques deben ser construidos con un material el cual permita el moldeado de todos los orificios necesarios para el funcionamiento. Un claro ejemplo son los conductos de refrigerante, los cuales deben soportar las elevadas temperaturas generadas por la combustión del motor y permitir la rápida disipación del calor.
En la fabricación de bloques se emplean aleaciones de aluminio-silicio, dando como ventaja la disminución del peso y brindar una buena conductividad térmica, por lo cual mejora la refrigeración del motor.
En el block al encontrarse con cambios de temperaturas y trabajos mecánicos se producen fallas en el bloque de cilindros como gripaje por refrigeración deficiente, daños por detonación, daños por pre ignición, embielado incorrecto, presencia de cuerpos extraños entre otros (Mahle, 2012).
Para verificar el daño del block se pueden realizar varias pruebas como son ensayos destructivos y no destructivos.
Según Hans Appold (2008), los ensayos son métodos que ayudan a determinar los valores de resistencia, las características y propiedades de los materiales, esto se realiza con pruebas de influencias externas.
En los ensayos tecnológicos se investiga el comportamiento del material durante su mecanizado.
Los ensayos destructivos son aquellos en el que el material de prueba no se podrá utilizar posteriormente ya que este se destruye. Esto se debe a que este tipo de ensayo suele encargarse de evaluar propiedades en los límites que puede fallar un material, para verificar su comportamiento bajo diferentes trabajos, en cambio los ensayos no destructivos no ocasionan daño en los materiales ensayados, por lo cual los materiales ya ensayados pueden ser utilizados. Estas pruebas permiten la identificación de materiales defectuosos antes que sean maquinados o ensamblados.
Según la Asociación Española de ensayos no destructivos, es la inspección que se realiza sobre una superficie limpia de la pieza, aplicando un líquido (tintas penetrantes) que penetre en las irregularidades que se encuentran en el material a ensayar debido principalmente al efecto capilar, de manera que al limpiar el exceso de líquido de la superficie quede solamente el líquido introducido en las discontinuidades. Se puede observar en la figura 2 una descripción del ensayo mediante tintas penetrantes (AEND, 2005).
El objetivo del ensayo de tintas penetrantes es determinar discontinuidades abiertas en la superficie como son grietas, juntas, porosidades, etc. (Arcos, 2011). De igual manera existen factores que influyen en la penetración del líquido en las grietas, otro método para determinar discontinuidades es el
(AEND, 2005)
ensayo no destructivo de partículas magnéticas es un procedimiento que se utiliza para detectar defectos en las superficies con irregularidades, basándose en la acumulación de partículas de material ferromagnético en las discontinuidades que tienen el material o la muestra a analizar como muestra la figura 3. Para poder realizar la prueba el material debe tener alta permeabilidad magnética, en este caso pueden ser todos los aceros; los materiales en los que no se puede aplicar estas pruebas son: aluminio, cobre, zinc o aceros inoxidables asténicos.
Figura 3. Líneas de fuerza de un imán
Para aplicar los ensayos no destructivos es importante seguir normas para realizar correctamente las pruebas etas normas son las ASTM por sus siglas en inglés es definido como American Society for Testing and Material (Sociedad Americana para el Ensayo y Materiales). Fundada en 1898, es una organización internacional de estándares, una de las más grandes del mundo. Posee más de 12000 estándares vigentes a nivel mundial aplicables a casi todo (desde el acero hasta la sostenibilidad). ASTM es la unión de expertos, organizaciones, instituciones académicas, asociaciones comerciales, gobiernos, consultores y consumidores que crean estándares de consenso voluntario, acogiendo principios del Acuerdo de la OMC (Organización Mundial del Comercio) sobre barreras técnicas al comercio. (ASTM Internacional, 2016), la norma que se debe aplicar para realizar un ensayo de tintas penetrantes es la ASTM E165 siguiendo los pasos podemos evidenciar discontinuidades superficiales sobre casi todos los materiales no porosos, como son metales cerámicos, vidrios, plásticos, etc. Por sus características se puede utilizar en muchas aplicaciones, para realizar el ensayo mediante partículas magnéticas es necesario usar la norma ASTM E709 se realiza con un método que se utiliza principalmente corriente eléctrica para crear un flujo magnético en una pieza y al aplicarse un polvo ferromagnético produce que donde exista distorsión en las líneas de flujo. La propiedad de algunos materiales es poder ser magnetizados. La característica que tienen las líneas de flujo de alterar su trayectoria es cuando son interceptadas por un cambio de permeabilidad.
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2. METODOLOGÍA
El proceso metodológico que se empleó para el presente trabajo de titulación fue experimental, mediante este método se dictaminaron los resultados de discontinuidades reales para determinar si el objeto a prueba se puede usar o no, estos ensayos se realizaron con la asistencia de los laboratorios de ensayos no destructivos (EPN) de la Escuela Politécnica Nacional. Los métodos que se aplicaron para la investigación y desarrollo del trabajo de grado fueron dos: primero el Método experimental-deductivo empleado durante toda la fase previa a la los ensayos y pruebas, el segundo es el método experimental, utilizado para diagnosticar e interpretar las fallas luego de la elaboración de las pruebas.
Se analizaron los problemas más comunes que ocasionaron daños en el motor y se verifico cuáles son los métodos que utilizan los talleres automotrices para dar un diagnóstico del block del motor.
Se determinó la composición química del block del motor para establecer el tipo de estudio que se podía realizar sin dañar sus propiedades. Éste block fue adquirido en un taller especializado en diagnóstico y rectificación de motores, el block fue de hierro fundido (Fe+C) a una temperatura de 150°C
Se optó por dos ensayos no destructivos adecuados de gran importancia para determinar las fallas más críticas del block del motor, estos ensayos fueron tintas penetrantes y partículas magnéticas.
Mediante una inspección visual y verificación con instrumentos de medida se analizó la existencia de ovalamiento, empleando herramientas adecuadas para este estudio se debe verificar la iluminación en la zona de trabajo para examinar el block, se aplicó equipos de medida para brindar un resultado exacto de los inconvenientes del objeto.
Para el cálculo de la apreciación del block se tomaron dos lecturas y se contó el número de divisiones entre ellas obteniendo la medida más pequeña que se puede representar mediante la siguiente ecuación:
= [1]
Mediante la apreciación obtenemos una medida calculada para usar el alexometro.
8 (aplicados bajo la norma estándar ASTM E1417/E1417M-13 y ASTM E165/E165M-12), los cuales sirven tanto para tintas visibles como para fluorescentes, realizando el análisis sistemático de la norma.
El principio físico que se utiliza para el análisis por partículas magnéticas es el magnetismo el cual se utilizó basándose en las normas ASTM E709-15 y ASTM E1444/E1444M-12, en este proceso se establece un flujo magnético adecuado para aplicar las partículas magnéticas e interpretación de los resultados. Un ensayo de partículas magnéticas no debe realizarse sobre una superficie que exceda los 65°C (135° F).
Se aplica la siguiente fórmula para entender el principio de partículas magnéticas.
= / [2]
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. ANÁLISIS DE COMPOSICIÓN DE UN BLOCK
Según la Universidad Nacional de ingeniería de Lima el block del motor es una pieza fundida de hierro o aluminio en la que se encuentran los cilindros, el cigüeñal, los pistones, camisas, etc.
Una de las funciones del block aparte de alojar los cilindros es que en el interior se encuentran cavidades tubulares a través de las cuales circula agua de enfriamiento, así como aceite para lubricación.
El block del motor está compuesto de varios elementos los cuales son directos y materiales indirectos.
3.1.1. MATERIAL DIRECTO
El material directo del block se describe en la tabla 1, se detallan tres materiales importantes.
Tabla 1. Material Directo del block
Aluminio 1. Densidad 2700 kg/m3, un tercio de acero
2. Punto de fusión bajo: 660 ºC (933 K).
3. Resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa.
Magnesio (Mg) 4. Densidad 1738 kg/m3
5. Punto de fusión 650 ºC (923K) Hierro fundido (Fe+C): 1250º C
Duraluminio 6. Cobre (Cu: 3-5%), Magnesio (Mg: 0,5-2%)
7. Manganeso (Mn: 0,25-1%) y Zinc (Zn: 3,5-5%) (Peinado, Tecnologia de los metales y procesos de manufactura, 2006)
Las propiedades mecánicas del block se describen en la tabla 2, dando referencia a la resistencia y dureza.
Tabla 2. Propiedades mecánicas del block
Código Alianza Referencia AA-ATM Condición Resistencia a la tracción Elongación en % en 2¨
Dureza Brinell
500 Kgf=10HBCaracterísticas Aplicación
Metalúrgica Similar A P A P A P
D 32 --- F 150 180 20 30 60-75 65-80
Excelente en coquilla y arena
Impulsores hormas, autopartes
(Lm 27) T6 ... 220 … … … 90
10 3.1.2. MATERIAL INDIRECTO
El material directo del block se describe en la tabla 3, se detallan cuatro materiales.
Tabla 3. Material indirecto de block
Arena de Zircón La composición es Silicato de circonio (ZrSiO4) y tiene una densidad aproximada de 2,7 gr/c.c.
La temperatura de fusión es 2420ºC.
Cola La cola es el elemento que combina con la arena de zircón para que
ésta adquiera la forma del molde, Este pegamento está creado para unir moléculas de arena y afianzarlos dentro del molde
Endurecedor Se emplea para endurecer la mezcla, en el cual se emplea gas y este se activara para endurecer el molde
Polvo de talco El polvo de talco es empleado para evitar que las partículas de arena se peguen al aluminio o al molde final.
(Elementos, 2013)
Otro material que está presente en la composición del block del motor es el níquel, se muestran las características en la tabla 4: véaseanexo 1.
Tabla 4. Características del Níquel Níquel
Características
Símbolo químico Ni
Número atómico 28
Grupo 10
Periodo 4
Aspecto lustroso metálico
Bloque d
Densidad 8908 kg/m3
Masa atómica 58.71 u
Radio medio 135 pm
Radio atómico 149
Radio covalente 121 pm
Radio de van der Waals 163 pm Configuración electrónica [Ar]3d84s2 Estados de oxidación +3, +2, 0
Óxido levemente básico
Estructura cristalina cúbica centrada en las caras
Estado sólido
Punto de fusión 1728 K
Punto de ebullición 2730 K
Calor de fusión 17,47 kJ/mol
Calor específico 440 J/(K·kg) Conductividad eléctrica 14,3 × 106S/m Conductividad térmica 90,7 W/(K·m)
11
3.2. DIAGRAMA DE PROCESO DE FABRICACIÓN DEL
BLOCK
Para la fabricación y obtención del block se realiza un proceso sistematizado, llegando así al producto final. Se muestra a continuación el diagrama de operaciones en la figura 4.
3.3. ELECCIÓN PRELIMINAR DEL TIPO DE BLOCK A
EXAMINAR
En el Ecuador un 74% de vehículos poseen un motor de cuatro cilindros mientras que el 26% tienen motores de 3, 6 y 8 cilindros de esta manera se determinó que se debe realizar un análisis en un motor de cuatro cilindros (Patio Tuerca, 2015).
Para la adquisición del block del motor se optó por conseguir un block usado el cual haya sido desecho porque los estándares de medida sobrepasaron el límite. Se acudió a ´´Rectificadora Pazmiño´´ donde se adquirió un block de un vehículo todo terreno TOYOTA STOUT del año 1986 como se puede observar en la figura 5. Dicho block fue desecho debido a la falta de lubricación, este se fundió produciendo que el block sufra diferentes daños como fisuras, abaleo y rotura.
12 A continuación se detalla las especificaciones del vehículo en la tabla 5.
Tabla 5. Especificaciones técnicas del vehículo ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL VEHICULO
Marca Toyota
Modelo Stout
Año 1986
Tipo Camioneta
Procedencia Japonés
Las especificaciones del motor se muestran en la tabla 6 detallada a continuación.
Tabla 6. Especificaciones técnicas del motor ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL MOTOR
Sistema de distribución OHV
Cilindrada 2.2Lit
Numero de cilindros 4
Relación de compresión 8.8:1
Diámetro de cilindros 90mm
Carrera del pistón 86mm
Tras haber obtenido el block de motor se realizó una limpieza, acudiendo a la rectificadora Pazmiño ubicada en Quito para sumergir el block en sosa caustica (Formulación química NaOH), el cual las propiedades químicas
ayudan a retirar el óxido del block como se observa en la tabla 7. Se realiza
el proceso de sumergirlo por un periodo de tiempo de 72 horas, esto permite que el óxido del block salga de todos los conductos, pasado el tiempo en sosa caustica se lo retiro y procedió a realizar una limpieza profunda con ayuda de disolventes y un cepillo de alambre, tomando en cuenta los equipos de protección personal (EPP), como guantes, mascarillas y gafas de protección. El objeto fue llevado al taller de Ingeniería Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial para realizar una inspección visual leve de los defectos del block.
13 M: Peso molecular
ρ: Densidad a 25ºC TF: Temperatura de fusión TB: Temperatura de ebullición u: Viscosidad dinámica a 20 ºC
σ: Tensión superficial a 20ºC
Pv: Presión de vapor de hidróxido de sodio en estado puro. Log KOW: logaritmo del coeficiente de repartición octano-agua pH: Logaritmo de la concentración de iones hidronios
ΔHsln: Calor de solución en agua
Cp, l: Capacidad calorífica en la fase liquida Cp, v: Capacidad calorífica en la fase de vapor Cp, s: Capacidad calorífica en la fase sólida.
ΔHofus: Calor estándar de fusión
ΔHofor,l: Calor estándar de formación
ΔHofor,v: Calor estándar de formación en estado vapor
So: Entropía estándar en gas a 1 bar.
Tabla 7. Propiedades soda caustica
FORMULA QUIMICA
NaOH
Apariencia
Blanco cristalino
OLOR
inoloro
Indice de refraccion
1.433 a 350ºC
SOLUBILIDADE EN AGUA
51% wt
Solubilidad entre otros
solventes
Alcoholes altamente polares
FLASH POINT
No aplica
Cpl(T) (kj/kgK)
Cp=A+B*T+C*T2+D*T3+(E/T2)
G(g/mol)
40
A
49.46
p (kg/m3)
1770 a 350ºC
B
70.001
Tf (ºC)
322+-2ºc
C
-1,391757
TB (ºC)
1388
D
0.095206
σ(d/cm)
σ=0,0089x2+0,4711x+72,95
E
(-0,256928)
Pv(Pa)
36
HºFUS (J/g)
167.4
logKow
no disponible
Hºf or s (kj/mol)
422.46
pH
14
Sº (j/mol/K)
228.47
Hsln (kj/mol
44.0
Hºf or s (kj/mol)
(-197,76)
Cpl(T) (kj/kgºc)
1.48
CAS
1310-73-2
SODA CAUSTICA
14 Se debe verificar el estado del block del motor de forma interna y externa como se muestra en la figura 6.
3.4. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Se realizan tres ensayos no destructivos en el block del motor para determinar las fallas del block de motor, entre estos ensayos tenemos inspección visual, tintas penetrantes y partículas magnéticas.
3.4.1. INSPECCIÓN VISUAL DEL BLOCK Y VERIFICACION
Una vez limpio el objeto se procede a realizar la verificación del objeto, efectuando las mediciones oportunas con los equipos de medida adecuados. En esta fase se debe tener en cuenta las tolerancias máximas de desgaste determinadas por el fabricante
Se aplicó la ecuación 1 de la página 7 para el cálculo de la apreciación.
Calculo de apreciación del block
Dónde: a: Apreciacion
U: Menor unidad escala principal n: #divisiones escala secundaria
Datos:
Desarrollo
15
Se realizó una verificación de las zonas de acoplamiento de los distintos accesorios que se fijan en el block para localizar posibles golpes o deformaciones, poniendo énfasis especialmente en la zona de acoplamiento del filtro de aceite, bomba de agua y bomba de aceite.
Se verificó los orificios de aceite del sistema de lubricación y los conductos de cojinetes de bancada asegurándose que no queden restos de suciedad los cuales obstruyan la normal circulación, para realizar la limpieza se utiliza una varilla se cobre y aire comprimido.
Se inspeccionó con una lupa camisas y las superficies del asiento del block figura 7 para descubrir cualquier grieta o rotura, fijando mayor atención en el plano de apoyo del cabezote, camisas y apoyos de bancada, estas superficies no deben tener ningún tipo de fisura ni ralladura por tal motivo se realizó la inspección con mucha precisión.
3.4.1.1.Desarrollo
Se realizaron cinco pruebas en el block del motor verificándolos mediante los siguientes instrumentos de medida:
Planitud: Se verificó que la superficie superior del block se encuentre
totalmente plana, esto se realiza empleando una regla metálica apoyada en la superficie de forma transversal y longitudinalmente como se observa en la
figura 9 en distintas posiciones. A continuación se usan las galgas para detectar cual es el diámetro de la deformación, demostrado en la figura 8,
finalmente se obtendrán los resultados no fuera del rango como se analiza en la tabla 8.
16
Para medir la planitud del block se debe realizar una medición con una regla metálica como se muestra en la figura 8.
La forma correcta para medir la planitud del block es necesario tomar puntos referenciales como se muestra en la figura 9
Se obtuvieron los resultados de planitud y se comparan con los datos del fabricante según la tabla 8.
(Toyota, 2001)
Observación de la tabla 8:
Los valores obtenidos muestran que la planitud del block se encuentra dentro del rango permitido por el fabricante, por tal motivo solo se debe realizar una pulida de la superficie en una rectificadora especializada para que el block se encuentre en óptimas condiciones y dar paso a la segunda verificación mediante ensayos no destructivos según las norma ASTM y la ASME.
Tabla 8. Planitud del block Planitud del block
Limite de planitud permitido: 0,5mm
A 0,30mm
B 0,08mm
C 0,15mm
D 0,10mm
E 0,10mm
F 0,10mm
Figura 8. Planitud
17
Desgaste de los cilindros: Esta verificación se realiza en los cuatro
cilindros, empezando con un examen en la superficie interior, se debe observar que no exista síntomas de gripado del pistón, ralladuras y desgaste, si el desgaste de los cilindros es mayor a 0,15mm se debe rectificar como se muestra en la figura 10.
Ovalamiento: Para medir el ovalamiento se tomó medidas usando un
calibrador de interiores, figura 11 esto se realiza en tres posiciones (longitudinal, transversal y largo de altura del cilindro), de esta manera se obtiene la medida que debe ser comparada con el diámetro del pistón para obtener el porcentaje de ovalamiento del cilindro.
Conicidad: La conicidad se verificó tomando medidas con un calibrador de
interiores a lo largo de la altura del cilindro en dos o más posiciones,
comparando el diámetro inferior del superior para obtener la conicidad figura
12 y así verificar si el block necesita ser llevado a la rectificadora.
Figura 10. Desgaste de cilindros
18 Una vez realizadas las medidas del de ovalamiento y conicidad se procede a comparar los resultados con la medida el cilindro y pistón como se indica en la tabla 9.
Tabla 9. Medidas de ovalamiento y conicidad
Medida del cilindro 72,40
Medida del Pistón 72,32
Ovalamiento Conicidad
Diámetro de
ovalamiento Diámetro de conicidad
Cilindro 1 0,14 0,05 72,46 72,37
Cilindro 2 0,11 0,03 72,43 72,35
Cilindro 3 0,09 0,01 72,41 72,33
Cilindro 4 0,12 0,02 72,44 Nula
(Toyota, 2001)
Análisis de la tabla 9
Una vez realizada las pruebas de ovalamiento y conicidad se verifico que los cuatro cilindros tenían diferente medida de ovalamiento que superan el límite según el fabricante, con la ayuda del alexometro se verifico que la conicidad de los cilindros se encuentran en un límite permisible.
Tapones de lubricación y refrigeración: Se comprobó el estado de los
tapones de refrigeración notando que existe oxido en los tapones lo cual indica que existen fugas figura 13 y se debe cambiar todos los tapones.
3.4.1.2.Resultados
Al realizar el proceso y análisis de inspección visual se llegó a la conclusión que el block tenía un fuerte golpe producido por la biela en las paredes del cilindro 4. Con el uso de instrumentos de medición se obtienen los resultados
19 de planitud, conicidad y ovalamiento. Se compararon los resultados según indica el fabricante obteniendo datos finales detallados en la tabla 10.
Para verificar el block de manera detallada y obtener resultados más específicos se realizan dos ensayos no destructivos que se aplican según la norma ASTM.
3.4.2. ENSAYO NO DESTRUCTIVO DE TINTAS PENETRANTES
Estos ensayos no destructivos tienen la misión de detectar discontinuidades en cualquier tipo de materiales y en cualquier ubicación que haya no solo en la superficie, sino también en las proximidades de ella (discontinuidades subsuperficiales).
3.4.2.1.Diagrama de flujo para elaborar el ensayo
Para realizar el ensayo no destructivo de tintas penetrantes es necesario seguir los pasos que indica la norma ASTM como se observa en la figura 14.
Tabla 10. Resultados de medidas del block
N. DenominacionComprobacionInstrumento Tolerancia Observacion 1 Fisura Agrietamiento Lupa-Luz - Soldadura y fundicion 2 Aplanamiento Deformacion Regla metalica 0,10 mm
(max)
Maxima rectificacion
0,20mm
- Cilindro 1 Cilindro 2 Cilindro 3 Cilindro 4 1 Longitudinal 72,46mm 72,43mm 72,40mm 72,32mm 2 Longitudinal 72,45mm 72,43mm 72,41mm 72,34mm 3 Longitudinal 72,46mm 72,42mm 72,41mm 72,35mm 1 Tranversal 72,37mm 72,35mm 72,33mm Nula 2 Tranversal 72,35mm 72,35mm 72,32mm Nula 3 Tranversal 72,36mm 72,34mm 72,32mm Nula 4
Tapones de refriferacion y lubricacion
Fugas o
roturas Visual - Sustitucion
Tabla de medidas del block
Ovalcion y conicidad Desgaste de los cilindros 3
Presenta fisuras en en las paredes del primer piston y fisuras en las paredes exteriores
Realizadas las pruebas de planicidad so obsevo que la deformacion no sobrepaso la medida de 0,05mm
Se debe sustituir todos los tapones Medida Tomada
Rectificado maximo de
1mm 0,15 mm (max) Micrometro de
interior y exterior
20 3.4.2.2.Normas utilizadas en el ensayo de tintas penetrantes
El procedimiento que se ha desarrollado en este proyecto está basado en la norma ASTM E1417/E1417M-13 ver anexo 2 y ASTM E165 ver anexo 3.
3.4.2.3.Clasificación de tintas penetrantes
En los ensayos no destructivos de tintas penetrantes se encuentra una clasificación de acuerdo a la NORMA ASTM E-165 como se detalla en la tabla 11.
Tabla 11. Clasificación de acuerdo a la Norma ASTM E165
Tipo I: Inspección con Liquido Penetrante Fluorescente
Método A (Técnica A): Lavable con agua ASTM E 1209 Método B: Post emulsificante lipofílico ASTM E 1208 Método C: Removible con solvente ASTM E 1219 Método D: Post emulsificable Hidrofílico ASTM 1210
Tipo II: Inspección con liquido Penetrante Visible
Método A: Lavable con agua ASTM E 1418 Método C: Removible con solvente ASTM E 1220
(AEND A. E., 2005)
Gracias a la combinación de ambas clasificaciones resultan 6 procesos básicos de tintas penetrantes como se nombra en la tabla 12 los cuales se dividen en dos grupos, coloreados y fluorescentes, estos son indicados en la norma de ensayos no destructivos ASTM E165.
Tabla 12. Procesos básicos de tintas penetrantes
COLOREADOS FLUORESCENTES
Lavables con agua o autoemulsificables
Lavables con agua o autoemulsificables
Post emulsificables (lipofilico-hidrofilico)
Post emulsificables (lipofilico-hidrofilico)
Removible con disolvente Removible con disolvente
21 Tabla 13. Clasificación de líquidos penetrantes
TIPO
Tipo I Liquido penetrante fluorescente Tipo II Liquido penetrante coloreado
METODO (TECNICA) Método A Lavable con agua.
Método B Post emulsificable, lipolifico (emulsificador base aceite) Método C: Removible con disolvente
Método D: Post emulsificable, hidrofilico
SENSIBILIDAD
Nivel de sensibilidad 1/2 : Muy baja Nivel de sensibilidad 1: Baja Nivel de sensibilidad 2: Media Nivel de sensibilidad 3: Alta Nivel de sensibilidad 4: Ultra alta
REVELADORES Forma a Polvo Seco Forma b Soluble en agua Forma c Suspendible en agua
Forma d Húmedo no acuoso para penetrantes fluorescentes Forma e Húmedo no acuoso para penetrantes coloreados Forma f De aplicación especifica
3.4.2.4.Proceso de elaboración del ensayo de tintas penetrantes
Para la realización del ensayo no destructivo de tintas penetrantes se requiere seguir un proceso sistematizado, llegando así a un óptimo resultado.
1. En primera instancia se realiza el análisis del block mediante un examen
visual, para esto se toman medidas del block como se muestra en la figura 15.
22 2. Se verifica los lugares a realizar los ensayos, tomando las zonas donde existe mayor fricción y donde existe mayor temperatura.
3. Se montó el block en una mesa de trabajo donde el block permanezca totalmente fijo como se muestra en la figura 16.
4. Se realiza una limpieza en las zonas donde se realizan los ensayos, para la limpieza se utiliza solventes y desengrasantes al vapor.
5. Se verifica la luz la cual debe estar en aproximadamente 1700 lux.
6. Se define al tipo de tinta a aplicar.
Tipos de líquidos a aplicar
Penetrantes: Los líquidos deben tener la capacidad de ser penetrantes como se muestra en la figura 17, por lo cual deben tener otras propiedades para actuar, como son:
Capacidad de introducirse con facilidad en
discontinuidades o grietas muy finas. No evaporarse ni secarse con rapidez.
Que se pueda eliminar de la superficie con facilidad. No ser corrosivo ni atacar a los materiales a ensayar.
Figura 16. Block permanece fijo para inspección
23 Líquidos penetrantes fluorescentes: Este tipo de penetrante incorpora en su composición pigmentos fluorescentes generalmente de color amarillo como se muestra en la figura 18, son sensibles a una iluminación especial llamada luz de neón o luz negra, haciendo que estos líquidos sean fluorescentes.
Este tipo de líquidos son utilizados para revisar alteraciones del material que sean más finas.
Líquidos penetrantes lavables con agua: Es de uso muy fácil y es el más utilizado en este tipo de ensayos ya que son solubles en agua y puede ser utilizado en cualquier tipo de material que se desee realizar el ensayo no destructivo.
Reveladores: El revelador es el agente que pone en manifiesto los sitios en los que ha tenido lugar la retención de líquido penetrante, este actúa como papel secante que extrae el líquido de la discontinuidad y reduce el tiempo necesario para que la tinta se haga visible como se observa en la figura 19.
Figura 18. Líquidos penetrantes fluorescentes
24 3.4.2.5.Aplicación del método (Técnica) A
1. Se aplica el líquido penetrante, en este caso es en spray marca Met-L- Check.
2. Se da un tiempo estimado de 10 a 12 minutos para que el penetrante del líquido del método A actúe según el tipo de material que se está ensayando como se muestra en la tabla 14 detallada a continuación.
(AEND A. E., 2005)
Pasado el tiempo se puede verificar en la figura 20 como el penetrante actúa en la superficie.
Con la ayuda de una brocha se esparce el penetrante para cubrir toda la zona a inspeccionar.
3. Una vez culminado el tiempo de espera se limpia toda la zona con un paño húmedo verificando que quede totalmente limpio, para mayor eficacia en la limpieza se debe usar un paño blanco figura 21.
Figura 20. Líquido penetrante actuando sobre el block Tabla 14. Tiempo de permanencia del penetrante
MATERIAL FORMA TIPO DE DISCONTINUIDAD TIEMPO DE PERMANENCIA Aluminio, magnecio, acero, laton,bronce, titanio Fundiciones y soldaduras
Pliegues de doblado, nido de poros, falta de fusion y
fisuras
5 min
- Materiales Forjados -
Extrusiones, planchas Traslape y fisuras 10 min Herramientas con
punta de carburo
Soldadura Fuerte , Soldaduras
Falta de fusion, nido de
poros, fusuras 5 min Plasticos Todas las formas Fisuras 5 min
Vidrio Todas las formas Fisuras 5 min
25 4.Se remueve el solvente de acuerdo al método utilizado. A continuación se detallan los métodos:
Método A – (Lavables con agua): El exceso del penetrante en la superficie se elimina de normal con un trapo humedecido en agua. También se puede lavar mediante inmersión es decir se debe sumergir la pieza en agua.
Método B (Post-emulsificante): El exceso de penetrante debe ser emulsificado, utilizando un emulsificador determinado, esta combinación será retirada con un spray de agua.
Método C (Removible con solventes): El exceso de penetrante será retirado con el uso de solventes usando un paño que no desprenda pelusas.
5. Una vez limpia la superficie se da un tiempo de secado antes de la aplicación del revelador, este tiempo dependerá del tipo de secado.
6. Se procede a la aplicación del revelador en forma de spray como se observa en la figura 22 y en un ángulo de 90° para evitar goteo del revelador.
26 7.Se da un tiempo de secado aproximado de 12 minutos los cuales deben ser precisos para que las discontinuidades puedan ser reveladas sin alteraciones por la temperatura del ambiente.
8.Luego del tiempo de permanecía se procede a interpretar las discontinuidades.
3.4.2.6.Equipos utilizados
Para la obtención de óptimos resultados en el ensayo de tintas penetrantes se requirió la ayuda de algunos equipos especiales que se pudieron encontrar dentro del país de marca Met-L-Chek, adicional se adquirió una lámpara de luz negra para el ensayo de tintas fluorescentes, ésta lámpara es de marca Optimax y fue importada de Estados Unidos; los materiales son detallados a continuación:
Líquido Penetrante: Líquido utilizado para la realización del ensayo no destructivo según el método A de líquidos lavables con agua. Existen penetrantes de varios colores dependiendo la marca, en este caso el penetrante Met-L-chek VP30 es de color rojo, siendo el más eficiente en las pruebas realizadas. Como se muestra en la tabla 15, este líquido tiene debe ser aplicado de forma correcta para que no se desperdicie si exista goteo.
Tabla 15. Propiedades del líquido penetrante visible
Forma
Liquido Rojo
Contenido de cloruro
<100 ppm (<0,01%)
Densidad
801 g/L
Contenido de Floruro
<50 ppm (<0,005%)
Flash Point
>62,2°C(>144°F)
Contenido de sulfuro
<150 ppm (<0,015%)
Viscosidad
2,5 mm2/s
Mercurio
no
Tolerancia al agua
>5%
VOCs
533g/L
Corrocion de aluminio
no
Sustacias que dañal la capa de ozono no
Corrocion de acero al carbon no
PCBs
no
Corrocion al magnecio
no
Corricion al acero inoxidable no
Corrocion al titanio
no
LIQUIDO PENETRANTE
Penetrante VP-30
27 Revelador: Líquido empleado como segundo paso en el ensayo no destructivo para mostrar las discontinuidades existentes en el block del motor. Es necesario utilizar un revelador adecuado debido a que será el que ayude a realzar las fisuras encontradas, este revelador es de color blanco, aplicado en forma soluble mediante un rociador. A continuación se detallan sus características en latabla 16.
Líquido fluorescente: Utilizado en el ensayo no destructivo para la verificación de discontinuidades mediante una lámpara ultravioleta. Cuando se desea realizar una inspección con el método D es necesario usar un líquido penetrante con características fluorescentes, es de color amarillo y verde de alta densidad. Sus características son descritas a continuación en la tabla 17.
Tabla 17. Propiedades del líquido fluorescente
Forma Liquido verde y amarillo Contenido de cloruro 100 ppm Densidad 918 g/L Contenido de Floruro <50 ppm (<0,005%) Flash Point >93°C (>200°F) Contenido de sulfuro <100 ppm (<0,01%) Viscosidad 11,3 mm2/s Contenido de sodio 200 ppm (0,02%)
Tolerancia de agua 10% Mercurio no
Corrocion de aluminio no VOCs 0 g/L
Corrocion de acero al carbon no Sustacias que dañal la capa de ozono no
Corrocion al magnecio no PCBs no
Corricion al acero inoxidable no Contenido de agua <1% Corrocion al titanio no Fluoresencia >90% 117,7% Propiedades
LIQUIDO PENETRANTE Liquido fluoresente FP 923
Met-L-Check
Tabla 16. Propiedades del revelador
Forma Liquido blanco Contenido de cloruro 100 ppm Densidad 851 g/L Contenido de Floruro <50 ppm (<0,005%) Flash Point 1,6°c (54°F) Contenido de sulfuro <100 ppm (<0,01%) Fluorecencia no Contenido de sodio 200 ppm (0,02%) Recubrimiento seco Ligeramente blanco Mercurio no
Corrocion de aluminio no VOCs 750 g/L
Corrocion de acero al carbon no Sustacias que dañal la capa de ozono no
Corrocion al magnecio no PCBs no
Corricion al acero inoxidable no Movilidad con el agua Completa Corrocion al titanio no
Revelador D 70 Met-L-Check Propiedades
28 Lámpara Luz UV: Al realizar un ensayo con tintas fluorescentes, es necesario tener una luz negra o lámpara de vapor de mercurio. Las características se muestran en la tabla 18
3.4.2.7.Análisis
Se realiza una verificación del block para determinar las zonas que deben ser analizadas mediante el ensayo no destructivo. Los lugares analizados en el block del motor fueron los siguientes:
Primer pistón pared interna. Segundo cilindro pared externa. Segundo cilindro pared interna. Tercer cilindro pared interna.
Cuarto cilindro pared externa e interna.
Primera Prueba: Se realiza el primer ensayo no destructivo mediante tintas penetrantes por el método A con solventes lavable con agua según las normas ASTM E1417 en la ubicación propuesta en la figura 23.
Ubicación:
Tabla 18. Características de la lámpara luz UV
24´´(61 cm) - 6,000 μW/cm2
Intensidad Aplicaciones
Control de calidad Detección de fugas Inspección industrial
6´´(15 cm) - 50,000 μW/cm2 15´´(38 cm) - 18,000 μW/cm2
Dimensiones 203x51 (max) mm Peso 335 gr
Baja emisión de luz visible
Ergonómica, potente, portátil, risistente y versátil
Ensayos no destructivos
Lámpara LED con estabilizador d intensidad y mas de 30.000 horas de vida Ultra-alta intensidad hasta 50,00 W/cm2 de verdadera luz UV-A (365 nm) De operación instantanea, alcanza inmediatamente toda la potencia
Cuerpo de aluminio anodizado. Minimiza la corrosión Portatil y robusto
Lámpara Luz UV OPTIMAX-365 Características
TINTAS PENETRANTES
29 El proceso realizado en la primera prueba de ensayos no destructivos mediante tintas penetrantes se describe en la tabla 19.
30 Interpretación de resultados: Una vez realizadas las pruebas se realiza el análisis y se verifica si la fisura es aceptable o no como se muestra en la tabla 20.
Una vez realizada la primera prueba del ensayo no destructivo de tintas penetrantes se observó y dio como resultado la ausencia de fisuras en el lugar examinado para realizar el siguiente paso se debe verificar la tabla 21.
Tabla 21. Observaciones primer ensayo TP Observaciones
Objeto Block del motor
Tipo de materia Fundición de hierro Tipo de ensayo no
destructivo Tintas penetrantes
Tipo de fisuras Ninguna
observación
Se debe verificar mediante otro ensayo para descartar posibles
fisuras
Segunda Prueba: Se realiza la segunda prueba en laubicación propuesta en la figura 24 mediante tintas penetrantes según la normas ASTM para verificar fisuras y grietas.
Ubicación
Tabla 20. Resultados de la primera prueba de tintas penetrantes
Ubicación Defecto # Defectos Calificacion Norma aplicada
1 Mordedura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-13
2 Fisura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-14
3 Grieta N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-15
4 Salpicadura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-16 Defectos
31 El proceso realizado en la segunda prueba de ensayos no destructivos mediante tintas penetrantes se describe en la tabla 22
32 Interpretación de resultados: Una vez realizadas las pruebas se realiza el análisis y se verifica si la longitud de la fisura es aceptable o no como se muestra en latabla 23.
Después de realizar la segunda prueba se toman los resultados, donde se observó que existen dos discontinuidades de aproximadamente 25mm cada una, esto se debe a un golpe fuerte provocado por la biela. Para comprobar estos resultados es necesario verificar las observaciones de la tabla 24.
Tabla 24. Observaciones segundo ensayo TP Observaciones
Objeto Block del motor
Tipo de materia Fundición de hierro Tipo de ensayo no
destructivo Tintas penetrantes Tipo de fisuras dos de 25mm
observación
Se debe verificar mediante partículas magnéticas para verificar los
resultados
Tercera Prueba: Se realiza la tercera prueba en la ubicación propuesta en la figura 25 mediante tintas penetrantes según la norma ASTM para verificar las fisuras y grietas.
Ubicación
Tabla 23. Resultados de la segunda prueba de tintas penetrantes
Ubicación Defecto # Defectos Calificacion Norma aplicada
1 Mordedura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-13
2 Fisura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-14
3 Grieta 2 No aceptable ASTM E1417/E1417M-15
4 Salpicadura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-16 Defectos
33 El proceso realizado en la tercera prueba de ensayos no destructivos mediante tintas penetrantes se describe en la tabla 25.
34 Interpretación de resultados: Una vez realizada la prueba se realiza el análisis y se verifica la longitud de la fisura y las grietas como se muestra en la tabla 26.
Una vez realizada la tercera prueba del ensayo no destructivo de tintas penetrantes se observó que no existen grietas en el lugar examinado. Se debe verificar la tabla 27 para llegar así al siguiente paso.
Tabla 27. Observaciones tercer ensayo TP
Observaciones
Objeto Block del motor
Tipo de materia Fundición de hierro Tipo de ensayo no
destructivo Tintas penetrantes Tipo de fisuras Ninguna
Observación Se debe verificar mediante otro ensayo para descartar posibles fisuras
Cuarta Prueba: Se realiza la cuarta prueba en la ubicación propuesta en la figura 26 mediante tintas penetrantes según la norma ASTM para verificar las fisuras y grietas.
Ubicación
Ubicación Defecto # Defectos Calificacion Norma aplicada
1 Mordedura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-13
2 Fisura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-14
3 Grieta N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-15
4 Salpicadura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-16
Defectos
Tabla 26. Resultados de la tercera prueba de tintas penetrantes
35 El proceso realizado en la cuarta prueba de ensayos no destructivos mediante tintas penetrantes se describe en la tabla 28.
36 Interpretación de resultados: Una vez realizada la prueba se realiza el análisis y se verifica la longitud de la fisura y grietas como se muestra en la tabla 29.
Después de realizar la cuarta prueba se toman los resultados, donde se observó que existen tres discontinuidades de aproximadamente de 5mm cada una, para verificar los resultados se debe observar la tabla 30.
Tabla 30. Observaciones cuarto ensayo TP
Quinta Prueba: Se realiza la tercera prueba en la ubicación propuesta en la figura 27 mediante tintas penetrantes según la norma ASTM para verificar las fisuras y grietas.
Ubicación
Observaciones
Objeto Block del motor
Tipo de materia Fundición de hierro Tipo de ensayo no
destructivo Tintas penetrantes Tipo de fisuras tres de 5mm
observación
Se debe verificar mediante partículas magnéticas para verificar los
resultados
Ubicación Defecto # Defectos Calificacion Norma aplicada
1 Mordedura 2 Aceptable ASTM E1417/E1417M-13
2 Fisura 1 No aceptable ASTM E1417/E1417M-14
3 Grieta 3 No aceptable ASTM E1417/E1417M-15
4 Salpicadura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-16 Tabla 29. Resultados de la cuarta prueba de tintas penetrantes
37 El proceso realizado en la quinta prueba de ensayos no destructivos mediante tintas penetrantes se describe en la tabla 31.
38 Interpretación de resultados: Una vez realizada la prueba se realiza el análisis y se verifica la longitud de la fisura y grietas como se muestra en la tabla 32.
Luego de realizar la quinta prueba se llegó a la conclusión de que existe una discontinuidad de tipo fisura, con una longitud aproximada de 25mm, para verificar estos resultados se debe observar la tabla 33 en la cual están detalladas las observaciones de la prueba.
Tabla 33. Observaciones quinto ensayo TP Observaciones
Objeto Block del motor
Tipo de materia Fundición de hierro Tipo de ensayo no
destructivo Tintas penetrantes Tipo de fisuras Una de 25mm
observación
Se debe verificar mediante partículas magnéticas para verificar los
resultados
3.4.3. ENSAYO NO DESTRUCTIVO PARTÍCULAS MAGNÉTICAS
Estos ensayos no destructivos tienen la misión de detectar discontinuidades en materiales ferromagnéticos que haya no solo en la superficie, sino también en las proximidades de ella (discontinuidades subsuperficiales). El ensayo se basa en la atracción de partículas magnéticas aplicado sobre la superficie hacia las discontinuidades presentes en el material bajo la acción de un campo magnético.
La acumulación de las partículas magnéticas en torno a las discontinuidades revelará la localización de las mismas en el block del motor.
Una vez verificado que el block del motor es un material ferro magnético se procede a fijar las normas y procedimientos a realizar.
Tabla 32. Resultados de la quinta prueba de tintas penetrantes
Ubicación Defecto # Defectos Calificacion Norma aplicada
1 Mordedura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-13
2 Fisura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-14
3 Grieta 1 No aceptable ASTM E1417/E1417M-15
4 Salpicadura N/A Aceptable ASTM E1417/E1417M-16
