GESTIÓN Y ANÁLISIS DE

FALLAS

UNIDAD VIII

VÁLVULAS

OBJETIVOS

• Identificar la función de las válvulas, asientos, guías, resortes, rotadores y retenedores.

• Identificar el modo en que estos componentes encajan.

• Identificar el desgaste normal de cada unos de estos componentes así como las causas principales de fallas.

VÁLVULAS

EN ESTA UNIDAD

• FUNCIÓN.• NOMENCLATURA.• FABRICACIÓN.• OPERACIÓN.• CARGAS Y ESFUERZO.• FALLAS.

VÁLVULAS Y COMPONENTES

VÁLVULAS

FUNCIONES

FUNCIONES

• CONTROLA EL FLUJO DE GASES DE ADMISIÓN Y ESCAPE.

• SELLAN LAS ALTAS PRESIONES DE COMBUSTIÓN.

• TOLERAN ALTAS TEMPERATURAS.• TOLERAN ÁCIDOS.• TOLERAN CARGAS CICLICAS.• SUMINISTRAN SUPERFICIES DE

DESGASTE.

VÁLVULAS

NOMENCLATURA

NOMENCLATURARANURA PARA RETENES

SOLDADURA INERCIAL

RADIO DE FILETECARA ENDURECIDA

VÁSTAGO

CABEZA

NOMENCLATURA

VÁLVULA DE DOS PIEZAS CABEZA Y VASTAGO UNIDAS POR SOLDADURA

VÁLVULAS

FABRICACIÓN

FABRICACIÓN - VÁSTAGO

ENDURECIMIENTO POR INDUCCIÓN

FLUJO DEL GRANO

VÁSTAGO

DUREZA 30-40 RC

FABRICACIÓN - VÁSTAGOAUMENTO DE VIDA DE LA ZONA DE RETENDORES

ENDURECIMIENTO POR INDUCCIÓN

DUREZA 48-58 RC

FABRICACIÓN – CABEZA DE VÁLVULA

DUREZA 24-42 RC

FLUJO DEL GRANO

FABRICACIÓN – CABEZA DE VÁLVULA

CAPA DE ENDURECIMIENTO

Cromo, Níquel y Molibdeno (Estelita 1/16”)

FABRICACIÓN – CABEZA DE VÁLVULA

CAPA DE ENDURECIMIENTO

FABRICACIÓN – SOLDADURA VÁSTAGO Y CABEZA

SOLDADURA INERCIAL

VASTAGO CABEZA

FABRICACIÓN – SOLDADURA VÁSTAGO Y CABEZA

SOLDADURA INERCIAL

VÁSTAGO

CABEZA

FABRICACIÓN – SOLDADURA VÁSTAGO Y CABEZA

CABEZA

FABRICACIÓN - CASQUILLOSAcero/Cromo - Admisión

Acero,Cromo,tungsteno y níquel - Escape

FABRICACIÓN – GUÍAS DE VÁLVULA

HIERRO FUNDIDO GRIS.

PROPORCIONA AUTOLUBRICACIÓN

MAYOR RESISTENCIA AL DESGASTE

ESTRÍAS O RANURAS PARA AUMENTAR LUBRICACIÓN

FABRICACIÓN – RESORTES DE VÁLVULA

ACERO DE MAS BAJO CARBONO.

MAYOR RESISTENCIA A LAS GRIETAS.

MAQUINADO FINAL EN LOS EXTREMOS.

LÍNEA DE CENTRO

FABRICACIÓN – RETENEDORES Y ROTADORES

ACERO DULCE DE BAJO CARBONO.

TRATAMIENTO TÉRMICO

MEJORA RESISTENCIA Y VIDA ÚTIL.

VÁLVULAS

OPERACIÓN

OPERACIÓN INSTALACIÓNROTADOR

RESORTE

ARANDELA GUÍA

GUÍA DE VÁLVULA

ASIENTO DE VÁLVULAS

SEGUROS

VÁLVULAS

CARGAS Y ESFUERZOS

CARGAS Y ESFUERZOS

CARGAS NORMALES EN LAS VÁLVULAS:

• FUERZA DEL RESORTE.• CIERRE DE LA VÁLVULA.• PRESIÓN DE LOS GASES

DE COMBUSTIÓN.

CARGAS Y ESFUERZOSFUERZA DEL RESORTE

CERRADO ABIERTO

CARGAS Y ESFUERZOSCIERRE DE LA

VÁLVULA

ALTA CONCENTRACIÓN DE ESFUERZO

CARGAS Y ESFUERZOSPRESIÓN DE LA

COMBUSTIÓNALTA CONCENTRACIÓN DE ESFUERZO

VÁLVULAS

FALLAS

Análisis de Falla1.2. 3. 4. 5.

6.

7.

8.

•PENSAR.

•HECHOS.

•SEÑALES DE CAMINO.

•CAUSA RAÍZ.

8 PASOS A SEGUIR :

FALLAS

AMBIENTE HOSTIL

• ALTAS TEMPERATURAS + DE 1200°F.• DESALINEAMIENTOS.• DESAJUSTES.• LUBRICACIÓN INADECUADA.• DAÑO POR IMPACTO.• CORROSIÓN.

FALLASSEGUIR LA SEÑAL DE CAMINO

HECHOS

FRACTURA

DESGASTE

CAUSA RAIZ

FALLAS – ALTA TEMPERATURA

HECHOS

DESGASTE

CAUSA RAIZ

ALTA TEMPERATURA• GRIETAS TÉRMICAS EN EL RADIO

DEL FILETE.• DEFORMACIÓN DEL METAL.• OXIDACIÓN EXCESIVA Y

ACUMULACIÓN DE ESCAMAS• VARIAS VÁLVULAS CON DAÑOS

SIMILARES.• OTRAS CAUSAS.

• GRIETAS TÉRMICAS EN EL RADIO DEL FILETE.

FALLAS – ALTA TEMPERATURA

• GRIETAS TÉRMICAS

FALLAS – ALTA TEMPERATURA

• FRACTURA DÚCTIL

FALLAS – ALTA TEMPERATURA

• ROTURA EN EL EXTREMO DE LA CARA

FALLAS – ALTA TEMPERATURA

• FRACTURA DE FLEXIÓN POR FATIGA

MARCAS DE PLAYA

FALLAS – ALTA TEMPERATURA

• FRACTURA DE FLEXIÓN POR FATIGA

MARCAS DE PLAYA

FALLAS – ALTA TEMPERATURA

FRACTURA CORDAL

CIRCULO

CUERDA

•Altas temperaturas.

•Cargas en los bordes.

•Presiones muy altas.

•Concentradores de esfuerzo.

•Materiales defectuosos.

FALLAS – ALTA TEMPERATURA

FALLAS - DESALINEAMIENTO

HECHOS

DESGASTE

CAUSA RAIZ

• DESGASTE IRREGULAR.• VÁLVULAS DOBLADAS.• FRACTURA CORDAL EN LA CABEZA.• FRACTURA POR FATIGA Y FLEXIÓN.• PERDIDA Y ACANALIEMIENTO EN LA

CARA DE LA VÁLVULA.• SOLO UNA VÁLVULA DAÑADA.

GRIETA CORDAL

FALLAS - DESALINEAMIENTO

FRACTURA CORDAL POR ALTA TEMPERATURA

CARGAS CICLICAS EN UN PUNTO.

FALLAS - DESALINEAMIENTO

FRACTURA SECUNDARIA DUCTIL, ASPERA Y PLANA

FALLAS - DESALINEAMIENTO

INDENTACIONES

Asiento desalineado

Guías gastadas

Asientos torcidos.

Fatigas alrededor del vástago.

Se unieron y se partió

FALLAS - DESALINEAMIENTO

DESALINEAMIENTO

MARCAS DE PLAYA

INICIO

FIN DE FRACTURA

FALLAS - DESALINEAMIENTO

FALLAS - DESAJUSTE

HECHOS

DESGASTE

CAUSA RAIZ

• CARGA DE COMPRESIÓN CICLICA.• CARGA DE TRACCION CICLICA

SONRE EL VASTAGO DE LA VALVULA.• CARGA CICLICA POR FUERZA

CORTANTE EN LA ZONA DE LOS RETENEDORES.

CAUSAS :

FALLAS - DESAJUSTE

HECHOS

DESGASTE

CAUSA RAIZ

Cargas cíclicas elevadas genera Grietas

FRACTURA POR DESAJUSTE PRODUJO CAIDA DE LA VÁLVULA

FALLAS - DESAJUSTE

HECHOS

DESGASTE

CAUSA RAIZ

APARIENCIA ASPERA Y LEÑOSA –CARGA CICLICA

FALLAS – MALA LUBRICACIÓN

HECHOS

DESGASTE

• GUÍA MUY SUELTA.• GUÍA MUY AJUSTADA.• ACEITE INADECUADO.• VÁLVULA MUY CALIENTA.• VÁLVULA MUY FRÍA.• DEMASIADO ACEITE.• POCO ACEITE.• ETC.

CAUSAS :

FALLAS – ALTO IMPACTO

HECHOS

DESGASTE

CAUSA RAIZ

•Apertura de sincronizada

•Válvulas atascadas

•Impactos

•Frecuentemente vástagos doblados

FALLAS – ALTO IMPACTO•Acumulación NORMAL de carbón y sedimentos,

FRACTURAS

QUE OCASIONÓ LA FALLA?

FALLAS – ALTO IMPACTO•Superficie Brillante y Cristalina. FIN

INICIO

FALLAS – ALTO IMPACTOFRACTURA

CAUSA O RESULTADO

FALLAS – ALTO IMPACTOFRACTURA

RESULTADO ES ASPERA Y LEÑOSA

INDICIOS DE IMPACTOS VISIBLES EN LOS BORDES

FALLAS – ALTO IMPACTO

MARCAS DE IMPACTO EN LA PARTE INFERIOR

FALLAS – ALTO IMPACTO

BALANCIN MUY APRETADO O MUY FLOJO

FALLAS – ALTO IMPACTOLEVANTA VÁLVULAS BUZO MECÁNICO

FRACTURADO POR EXCESO DE CARGA

FALLAS – ALTO IMPACTO

RETENEDORES O SEGUROS DAÑADOS POR IMPACTO

DEFORMACIÓN

FALLAS – CORROSIÓN•Acanalado.

•Acidez, TBN del aceite.

•Corrosión en toda la válvula.

•Alto contenido de azufre.

FALLAS – CORROSIÓNMateriales extraños pueden meterse entre la cara y el asiento.

FALLAS – CORROSIÓNDesgaste corrosivo en las guías y vástagos

FALLAS – CORROSIÓN

Desgaste acelerado, óxido y burbujas en ranuras estriadas.

FALLAS – FABRICACIÓN

• SOLDADURA INERCIAL FALLA.• MANIPULACIÓN INADECUADA.• RESISTENCIA DEL METAL SE HA

REDUCIDO POR :– INPERFECCIONES.– TRATAMIENTO TÉRMICO INADECUADO.– ERRORES DE PROCESAMIENTO.

FALLAS – FABRICACIÓN

Espiral, problema de unión de soldadura.

FALLAS – FABRICACIÓNFractura por manipuleo

Se rajó.

FALLAS – FABRICACIÓN

CONCENTRADOR DE ESFUERZO

FALLAS – FABRICACIÓNVariación de diámetro de vástago, daño por manejo.

FALLAS – FABRICACIÓN

PROBLEMAS DE ESFUERZO DE MATERIAL:

•INCLUSIONES,

•TRATAMIENTO TÉRMICO.

•CALIDAD DEL METAL.

•DISEÑO.

FALLAS – FABRICACIÓN

Esfuerzos de corte,tracción y torcional

FALLAS – FABRICACIÓNROTADORES CON PROBLEMAS DE TRATAMIENTO TÉRMICO

FALLAS – FABRICACIÓN

SOBRECARGA PRODUCE ELEVADAS CARGAS DE TENSIÓN.

FALLAS – FABRICACIÓN

ROTADOR ROTO POR SOBRECARGA.

FALLAS – FABRICACIÓN

ROTADOR ROTO POR SOBRECARGA.

ROTADOR ROTO POR RESISTENCIA DEL MATERIAL

Enlaces• http://www.fii.org/CTM/area1.htm

• http://www.swri.org/4org/d18/mechflu/planteng/gtspan/failure.htm

• http://www.directindustry.es/prod/verimation-technology/unidad-de-inspeccion-pnd-para-rotores-ciguenales-34509-215091.html

PREGUNTAS DE REPASO1. Funciones de las válvulas.

A. Toleran cargas de torsiónB. Sellan las altas presiones de combustión.C. Suministran superficies de desgastes. .

2. La soldadura inercial suelda los 2 componentes de la válvula que son del mismo material..

A. VerdaderoB. Falso

3. Cuando las válvulas están cerradas se crean grandes cargas cíclicas.A. VerdaderoB. Falso

4. Las fallas por alta temperatura originan grietas térmicas y deformación del metal

A. VerdaderoB. Falso