Analisis de fractura de una biela

refrigeración
A fracture study of a connecting rod from a refrigeration compressor
Ernesto Germán Porras1, Sara Rodríguez Pulecio2 y John Jairo Coronado3
RESUMEN
En este artículo se analiza la fractura de una biela de compresor de refrigeración usado en la industria de productos alimenticios.
De acuerdo con las características de funcionamiento del mecanismo biela-manivela, la piezaestudiada se encuentra sometida
a ciclos de carga variable; en funcionamiento normal las cargas sobre la biela son compresivas pero el aumento del
coeficiente de fricción induce cargas de flexión. Con base en análisis metalográfico y fractográfico, y la estimación del estado de
esfuerzos de la biela, se concluyó que la causa de la falla fue la perdida de lubricación en el par biela-cigüeñal, queprodujo:
scuffing, desgaste severo y aumento del coeficiente de fricción. De la misma forma, los resultados mostraron que cuando el coeficiente
de fricción se incrementa a valores límites como 0,4 los esfuerzos alcanzan valores muy por encima de los aceptables
para el material de la biela (aleación aluminio-silicio fundida) en estudio. Los defectos de manufactura, poros y fisuras, aumentaron
laconcentración de esfuerzos, contribuyendo a la falla del elemento mecánico.
Palabras clave: biela, compresor, lubricación, desgaste, coeficiente de fricción.
ABSTRACT
This paper analysed the fracture of a connecting rod from a food product refrigeration compressor. According to the connecting
rod-crank mechanism’s operating characteristics, the element being studied was subjected to variable loadcycles. Connecting
rod loads are compressive in normal operating conditions; however, an increased friction coefficient induces flexion load. Based
on the connecting rod’s microstructures, fracture surface characterisation and stress state estimation, it was concluded that the
failure originated in a breakdown of connecting rod-crankshaft lubrication causing scuffing, severe wear and a highfriction coefficient.
Likewise, the results showed that when the friction coefficient increased to 0.4, then stress reached levels above those
acceptable for the connecting rod material (molten aluminium-silicon alloy) being considered. Manufacture defects, pores and
cracks increased stress concentration, thereby contributing to the mechanical element’s failure.
Keywords: connecting rod,compressor, lubrication, wear, friction coefficient.
Recibido: febrero 5 de 2009
Aceptado: febrero 16 de 2010
1 Ingeniero mecánico, Universidad del Valle, Colombia, egporras@gmail.com.
2 Ingeniera mecánica, Universidad del Valle, Colombia. Ph.D., en Ingeniería Mecánica y Estudiante de Post-doctorado, Universidad de São Paulo, Brasil. Investigadora,
Grupo de Investigación en Fatiga y Superficies,Universidad del Valle, Colombia. sararopu@gmail.com.
3 Ingeniero mecánico. M.Sc, Ingeniería Mecánica, Universidad de Puerto Rico, Puerto Rico. Estudiante de Doctorado, en Ingeniería Mecánica, Universidad de São Paulo,
Brasil. Profesor, Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad del Valle, Colombia. Director, grupo de Investigación en Fatiga y Superficies. johncoro@univalle.edu.co yjohnjairocoronado@yahoo.com, johnjairocoronado@yahoo.com
Introducción
Los compresores son equipos industriales utilizados para aumentar
la presión de un fluido en estado gaseoso, y se pueden clasificar
de acuerdo a su principio de operación en compresores de desplazamiento
positivo y compresores de paletas. Los primeros se subdividen
en rotativos y reciprocantes o alternativos. Los compresoresalternativos son máquinas muy empleadas en sistemas de baja
capacidad y se construyen como unidades horizontales o verticales,
con cilindros radiales dispuestos en X, V, o en línea. Las bielas
convierten el movimiento reciprocante del pistón en movimiento
rotatorio del cigüeñal.
Una biela se encuentra sometida a altas cargas compresivas, convirtiéndola
en el elemento más tensionado de la máquina (Lee...