AVERÍAS DEL CIGÜEÑAL.
El cigüeñal para los motores marinos medianos y grandes, es una pieza difícil de conseguir además de costosa, y es por lo tanto fácil que se presente algún defecto de material o de fabricación, una inclusión, unas fibras cortadas, un ángulo vivo. Todo ello puede ser un inicio de avería, a causa de la dureza y complejidad del tipo de trabajo.
Es aquí donde se puede diferenciar claramente la clase de problemas que aparecen en los motores pequeños y rápidos, de los que corresponden a los grandes y lentos, ya que, en los rápidos, la falta de rigidez del bloque o de perfección del asiento y línea de los cojinetes, es la causa mas frecuente de problemas, si olvidamos la falta de aceite, que es más bien un descuido. En los lentos, la falta de rigidez de los asientos o bancadas (ocurre frecuentemente en embarcaciones pequeñas), el desigual desgaste de los cojinetes y sobre todo la dificultad de fabricación de piezas tan complicadas y grandes, permite que alguna inclusión o falta de homogeneidad produzca un inicio de grieta que se extiende y acaba con la vida de la pieza.
Una de las averías producidas en el árbol cigüeñal se pueden producir por una mala alineación (Deflexión).
Aunque se haya elegido el material mas apropiado para la construcción del cigüeñal, su naturaleza no permite que el conjunto tenga una rigidez notable. Estadísticamente se sabe que alrededor del 90% de las roturas de cigüeñales de motores marinos son causadas por el desgaste en la parte inferior de uno de los descansos. Este desgaste pasa fácilmente inadvertido si no se efectúan periódicamente controles de deflexión.
Cojinetes más altos o más bajos que los demás, la línea de eje de un buque o el alternador del grupo electrógeno, etc., hacen que el eje de giro del cigüeñal cambie hacia arriba y hacia abajo al ponerse en marcha el motor, produciendo flexiones que originan una fatiga que termina en rotura. Las fracturas por mala alineación se producen generalmente en las zonas de concentración de esfuerzos, es decir, en los muñones cerca de las manivelas.
Es muy posible que estas roturas sean producidas por una marcha prolongada del motor con flexiones excesivas o por desalineación de los cojinetes de apoyo, por lo tanto, se ha de conseguir que el eje geométrico de giro del cigüeñal sea una línea recta, que los cojinetes de apoyo estén situados a la misma altura; para comprobar esto se utilizan los valores que entrega el flexímetro. Mediante el uso de este instrumento puede efectuarse un control rápido y de óptimos resultados sin el desmontaje previo de los cojinetes de bancada.
Flexímetro Análogo
Flexímetro Digital
El flexímetro es un aparato comprobador con un reloj micrométrico, con el cual se pueden medir la abertura o cierre de las manivelas, traducido en flexión. Si el uso de este instrumento constituye una ventaja apreciable en el montaje de motores nuevos, este en las reparaciones de motores usados resulta de imprescindible necesidad.
Los flexímetros más corrientes están formados por un reloj micrométrico, el cual tiene una distancia de medida de 98 a 258 mm, menor y mayor respectivamente, dependiendo de las extensiones y distancia entre manivelas, una amplitud o rango de medida de 8 mm y escala de graduación es de 0,01 mm. Un flexímetro digital tiene mayor precisión,y tiene una distancia de medida de 89 a 565 mm, también menor y mayor respectivamente, rango de medida de 2 mm y resolución de 0,001 mm.
Como las flexiones con las que se trabaja son causadas por una desnivelación de la parte inferior de los descansos del árbol cigüeñal, este aparato sirve para determinar qué descansos están fuera de nivel y así efectuar alineaciones correctas. Para este efecto, se coloca el flexímetro entre las manivelas del cigüeñal y para conocer la alteración de la medida entre ellas (abertura o cierre de las manivelas) durante una vuelta de cigüeñal, se efectúa un control en las posiciones superior, inferior y horizontal, tal como se aprecia en el cigüeñal de la figura .
Instalación de Flexímetro.
Posición flexímetro en cigüeñal de motor en V.
No es absolutamente necesario que el flexímetro lleve en su esfera los signos mas (+) y menos (-). Si el instrumento carece de estos signos, se puede incurrir fácilmente en errores de lectura, por lo cual el individuo que efectué dichas mediciones deberá saber interpretar las lecturas y anotarlas correctamente.
Ubicación de mueca para instalación flexímetro.
En la figura se muestra una de las muescas (hechas de fábrica) utilizadas para fijar el flexímetro en la posición a medir. El control se efectúa cilindro por cilindro, a fin de obtener el conjunto de posibles flexiones. Luego se conocerá fácilmente que descansos están bajos o altos y se podrá resolver la alineación, ya sea levantando o bajando uno de los descansos.
Las flexiones obtenidas serán en dirección vertical y horizontal, enfocándose principalmente en la primera de estas, ya que por lo general es la que presenta mayores alteraciones debido al efecto de los esfuerzos generados por las presiones de combustión y las masas en movimiento.
En la tabla 8 se presenta un ejemplo de formato típico de calculo de deflexión, el cual es proporcionado por el fabricante de un motor al cual se le debe tomar deflexión cada 6000 horas, según lo recomienda el fabricante, principalmente a modo de prevención. Este motor proporciona una potencia de 1225 BHP a 900 rpm, como se indica en la parte superior de la tabla. También en esta parte se indican datos como fecha de la última toma de deflexión y cantidad de horas transcurridas, horas de servicio al momento de realizar la operación, temperatura del carter y algunas condiciones de estabilidad como calados de proa y popa.
Luego se muestran 6 puntos, los que indican el procedimiento a seguir para efectuar un cálculo de deflexión y dos figuras que sirven de orientación para dicha operación. Se debe indicar que los formatos pueden mencionar la posición del flexímetro o posición del muñón, esto no siendo de importancia, ya que el resultado será el mismo.
En procedimiento o pasos a seguir, indicados por el fabricante serán:
1. El cigüeñal siempre debe ser chequeado bajo condiciones similares de temperatura y nunca con el motor en caliente. Recomendándose chequear el alineamiento después de 4 horas de haber dejado fuera de servicio el motor.
2. El inicio será con el muñón de biela en el punto muerto inferior (BDC).
3. El muñón se moverá a la posición “A” y se fijara el flexímetro entre las manivelas, estableciendo el cero en el dial.
4. Luego se continuará girando (virando) el motor en la dirección mostrada (avante o sentido normal de operación) y se tomaran los valores del flexímetro en los puntos “B”, “C”, “D” y “E” del muñón de biela, sin dejar de girar (rotar) el cigüeñal. (ver figura 1 de tabla)
5. La abertura de las manivelas se registraran con el signo mas (+) y el cierre de estas con el signo menos (-), tal como se indica en la figura 2 de la tabla, o sea, tal como se ve en la figura 61.
Una vez establecidos los pasos a seguir, se hace girar el cigüeñal y se anotan las lecturas en el cuadro central, tal como se indica en la tabla 8 (ejemplo), punto a punto y cilindro por cilindro.
El cálculo de desalineamiento ya sea vertical u horizontal se obtendrá en forma directa realizando la diferencia de las lecturas superiores e inferiores (Top - Botton); y horizontales babor y estribor (Port - Starboard); que para los valores dados en el ejemplo el máximo desalineamiento vertical se obtuvo en el cilindro 6 con 3/100 de mm y el máximo desalineamiento horizontal también se produjo en el cilindro 6 con -2,5/100 de mm.
Una vez obtenidos los resultados de desalineamiento, se podrá trazar la forma del cigüeñal tal como esta instalado, o sea, el gráfico de nivelación de apoyos vertical y horizontal (figura 62), para esto se tomara como punto de partida un apoyo más o menos central. Por ejemplo, el apoyo II se supondrá que su muñón esta perfectamente horizontal.
Tal y como se ve en la parte inferior de la tabla 8, por lo general los fabricantes proporcionan valores límites de deflexión, al ser estos comparados con los resultados obtenidos se tiene que están todos dentro de lo normal permitido, no siendo necesario realizar alineamiento.
También, en función de los valores obtenidos con el flexímetro, se puede determinar si la fatiga del cigüeñal es admisible. En la figura 63 se señalan los valores de las flexiones en función de la carrera del motor, así, dependiendo de estos valores se podrá indicar si la alineación es correcta, aceptable, se recomienda alineación y alineación imprescindible.
Si se encontrase en una sección de cigüeñal una flexión considerable y se desea determinar cual de los descansos de bancada la produce, ya sea de proa o de popa, deberá controlarse en ellos la altura del cigüeñal con respecto a la bancada del motor. Para este fin se utiliza un instrumento denominado Calibre Puente o “Puente Gauge”, el que posee un tornillo micrométrico (Profundímetro) y que es fijado a la bancada tal como se aprecia en la figura 64. En caso de existir dudas, estas pueden ser aclaradas por medio de mediciones efectuadas con sonda mecánica entre el muñón y el cojinete superior.
En un montaje nuevo o después de una rectificación por alineamiento, conviene efectuar mediciones (caídas), registrándose estas en el historial del motor, de manera que al encontrarse en una revisión posterior, se pueda comprobar con exactitud en cual descanso de bancada se ha producido el desalineamiento y cuanto varió el mismo.
Generalmente se tiene más dificultad con el descanso que esta entre el volante y la primera sección de cigüeñal, existiendo en esta zona un desalineamiento seguro producto del peso considerable del volante. Un desgaste notable en la parte inferior de este descanso se puede observar en el volante, pues en este se producen vibraciones bruscas en cada combustión del cilindro más próximo. De seguir en funcionamiento con un defecto tan grave como este, la rotura del cigüeñal será cuestión de muy poco tiempo, por muy bueno y apto que sea el material del mismo.
En los motores rápidos el cálculo o toma de deflexión
se reserva para estudios de laboratorio, ya que para el taller de reparaciones se han buscado soluciones más sencillas y económicas. Por otra parte, son pocos los flexímetros del mercado lo suficientemente pequeños para alojarse entre las manivelas de un motor de menos de 45 bhp. En estos casos se garantiza
que la línea de apoyos sea totalmente recta, trabajando
todos los alojamientos en una sola estacada y con un eje porta-herramientas
único y muy rígido. Luego se hace una sencilla comparación
de que el cigüeñal también
mantiene (después de rectificar sus muñones)
la línea recta, haciendo lo que se
llama la prueba del salto, que consiste sencillamente en apoyar el cigüeñal
en dos cuñas por sus muñones extremos y comprobar por medio de un micrómetro o reloj comparador corriente
la flexión natural que toma el cigüeñal. Si no sobrepasa
los valores que da el fabricante, el cigüeñal
puede montarse. Si no fuese así, debería ser rectificado de nuevo y utilizar juegos de cojinetes que sirvan como recambio, llamándoles
de 2º, 3º (o lo que sea),
rectificado.
Generalmente se tiene más dificultad con el descanso que esta entre el volante y la primera sección de cigüeñal, existiendo en esta zona un desalineamiento seguro producto del peso considerable del volante. Un desgaste notable en la parte inferior de este descanso se puede observar en el volante, pues en este se producen vibraciones bruscas en cada combustión del cilindro más próximo. De seguir en funcionamiento con un defecto tan grave como este, la rotura del cigüeñal será cuestión de muy poco tiempo, por muy bueno y apto que sea el material del mismo.
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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
Flexiones de cigüeñal y alineación de línea de ejes. (Ver Anexo 22-2.)
a. Dado que las flexiones más graves en ejes de cigüeñal de varias manivelas (que conducen a fracturas por fatigas) ocurren normalmente en el extremo próximo al acoplamiento motriz, los ajustes deberán comenzar por dicho extremo. Después de efectuarlo, deberán controlarse las flexiones en todos los movimientos hacia el otro extremo del cigüeñal, corrigiéndolas y si fuese necesario, colocando cojinetes de bancada nuevos.
b. La alineación de los cojinetes en el extremo motriz se controlan midiendo la flexión de sus brazos manivelas cada 1000 horas de servicio. Los demás movimientos se verificarán cada 2000 horas.
c. Para alinear un cigüeñal deberán emplearse las tolerancias fijadas por los planos o manuales de instrucción de los fabricantes. En caso de no mencionarlos, se tomarán a título de referencia los datos del gráfico del Anexo 22-2 o se consultará a la Dirección de Casco, Electricidad y Máquinas Navales.
d. En motores con líneas de ejes formados por trozos desacoplables, se verificará la alineación de los acoplamientos cada 2000 horas de funcionamiento, haciendo las anotaciones correspondientes en el Historial.
OBSERVACIONES:
1. La flexión del cigüeñal deberá estar dentro de los límites aceptables dados en el gráfico adjunto.
Ejemplo: El cigüeñal de un motor con una carrera de 200 mm puede admitir una flexión de montaje de 0,025 mm; deberá alinearse en la primera oportunidad disponible si su flexión está entre 0,025 y 0,050 mm y deberá ser alineado de inmediato si su flexión supera los 0,050 mm.
2. Este gráfico cubre los límites de flexiones aplicables para motores de más de 100 mm de carrera. Para motores más, pequeños no se especifican valores por cuanto es práctica común determinar su flexión desde el borde del volante, dado que normalmente es imposible medirla entre sus brazos manivela.
3. 3. En el caso de brazos cigüeñales con sus superficies internas anguladas. o sumamente pulidas, puede ser necesario estampar algún punto para el flexímetro. Dichas marcas tendrán superficies irregulares y al girar el flexímetro sobre, su eje pueden introducirse variantes apreciables en sus indicaciones por lo que se usara un espejo para tornar la lectura en aquellas posiciones del cigüeñal en las que el dial del flexímetro no pueda leerse directamente sin girarlo.
4. La alineación se controlara en el extremo del acoplamiento cada 1000 horas de servicio y en el resto del cigüeñal cada 2000 horas.
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Kit de flexímetros con husos de distinta longitud para distintos tamaños de cigüñeñal.
Toma de flexión de cigüeñal a bordo.
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FUENTES:
M.J.D.
NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
