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1.- COMENTARIOS DE INTRODUCCIÓN:

1. 1.- BREVE RESEÑA HISTÓRICA SOBRE EL SURGIMIENTO DE LA IDEA DE INVESTIGAR ALGUNA TÉCNICA PARA DETECTAR FALLAS EN NEUMÁTICOS OTR:

Informe Técnico

MÉTODO INSPECCIÓN POR ULTRASONIDO DE NEUMÁTICOS GIGANTES FUERA DE CARRETERA

(OTR) PARA DETECTAR IN SITU FALLAS INTERNAS: ESTADOS DE DEGRADACIÓN

DEL CAUCHO, SEPARACIONES MECÁNICAS, SEPARACIONES TÉRMICAS Y/O DISCONTINUIDAD DE MATERIAL.

En el año 1981, el inventor solicitante del patentamiento que suscribe, Enrique Olivares Miranda, en mi calidad de Jefe del Servicio de Inspección Técnica de una empresa minera. Recibí del supervisor encargado del Mantenimiento de Neumáticos Gigantes, el requerimiento de idear alguna técnica que permitiese “detectar precozmente las fallas internas en los neumáticos de camiones de extracción de alto tonelaje” para en consecuencia, resolver el problema de: “alta tasa de neumáticos jóvenes dados de baja por presentar fallas prematuras en servicio”.

Nuestras primeras pruebas se realizaron con la técnica radiográfica obteniéndose buenos resultados, pero el método era poco práctico porque implicaba disponer de dos superficies de acceso; uno para proyectar la radiación (lado de superficie de rodadura) y el otro para colocar la película, (pared interior). Ello implicaba, que el neumático debía estar desmontado del camión y de su llanta.

Seguidamente, se hicieron pruebas con ultrasonidos utilizando los métodos Pulso-Eco y Transmisión a Través; resultando ser este último, poco práctico porque había que tener acceso por la superficie interior para colocar el transductor- receptor, similar al caso de la radiografía. En cambio, aplicando el método ultrasónico “pulso-eco”, se requiere sólo tener una superficie de acceso que para este caso bastaba la banda de rodadura.

Por varios años las pruebas quedaron en stand-by, pero con la aparición de nuevos equipos detectores de fallas ultrasónico, dotados de modernas ventajas tecnológicas tales como: calibración automática en tiempo de vuelo y en línea base tiempo, control de la energía del pulso y mayor rango de sensibilidad en la captura de los ecos proveniente de las fallas. En vista de lo cual, re-tomamos los ensayos para finalmente, culminar las experiencias, tras lograr exitosamente, el ingreso del ultrasonido en todo el espesor del neumático y obtener un eco de respuesta con la información de dicho trayecto.

1. 2.- ¿CÓMO SE GENERAN LAS FALLAS EN LOS NEUMÁTICOS GIGANTES FUERA DE CARRETERA? (OTR):

En un camión modelo 737 tradicional de 350 toneladas de capacidad de carga + 100 toneladas aprox. de su propio peso (tara);

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Infrome Técnico

implica que cada neumático está sometido a una carga unitaria de aproximadamente 75 ton. Por otra parte, la velocidad máxima permitida en ruta es de 60 Km/Hrs. Es decir, tenemos un material (caucho vulcanizado), sometido a una carga estática unitaria de 75 toneladas y un “esfuerzo dinámico” con una frecuencia de 3.600 ciclos por minuto. Si a esto, le sumamos los esfuerzos inducidos por variantes del trayecto mismo y, operacionales: curvas, subidas, bajadas, frenazos, neumático sub-inflado y sobre-inflado, alta temperatura, pisada de rocas con cantos vivos, desalineamiento mecánico, carga en tolva mal distribuida, peraltes, etc. Todas estas variantes o “accidentes” configuran los indeseados puntos concentradores de esfuerzos, superando lejos los límites de resistencia mecánica del material, incubándose de esta manera la generación de la rotura interna. ¡He aquí el problema que resuelve esta aplicación del ultrasonido, detectando muy precozmente la falla!

1. 3.- PRÁCTICA ARTESANAL UTILIZADA EN LA DETECCIÓN DE FALLAS DEL NEUMÁTICO:

Desde la aparición de los neumáticos gigantes para camiones de alto tonelaje, siempre se ha empleado la práctica de golpear el neumático con una piedra, martillo, mazo u otro elemento contundente, de manera que, a través de un cambio de sonido claro y vivo del sector sin falla, pasar a un sonido opaco más grave y apagado que indicaría una probable zona de discontinuidad de material. De esta manera, el operario manipulador de neumáticos teniendo tan sólo esta sensación como elemento de juicio, configura una subjetiva y aproximada idea del estado del neumático.

1. 4.- DIFICULTADES TÉCNICAS SUPERADAS DE LA INTERACCIÓN DEL ULTRASONIDO CON EL CAUCHO VULCANIZADO:

Los ultrasonidos son ondas mecánicas de frecuencias que están por sobre el rango audible percibido por el oído humano de

20 Hz a 20 KHz, capaz de transmitirse en muchos materiales utilizados en ingeniería. Pero que en el caso de los cauchos se transmite sólo si se dan ciertas condiciones técnicas ya extensamente mencionadas en este estudio.

El neumático OTR está diseñado para cumplir un alto nivel de exigencias. Esto hace que la arquitectura, el diseño y la forma sean muy dependientes de las funciones que cada parte del neumático tiene que cumplir. Además, esto implica lograr el perfecto equilibrio químico y de enlace entre los distintos materiales y compuestos para responder con alto grado de calidad y confiabilidad todas las exigencias operativas.

La fabricación de neumáticos concentra un 60 % de la producción anual de caucho.

Los elastómeros o cauchos son materiales poliméricos, que tienen la propiedad de variar sus dimensiones según sea el tipo de esfuerzo al que sean sometidos volviendo a su forma original cuando el esfuerzo se interrumpe. Es decir, son materiales de alto índice elástico.

Sabemos que los ultrasonidos se transmiten mejor en el acero que en el caucho y esto es simplemente porque en este material duro y rígido el ultrasonido a nivel molecular interactúa mucho mejor. La razón está en su estructura cristalográfica, el acero estructuralmente está conformado por distintas formas de redes y enlaces cristalinos, con sus átomos ordenados según determinados planos geométricos los cuales obedecen a ciertas leyes físicas de cohesión, equilibrio espacial y energético.Se tiene el siguiente modelo elástico de una estructura cristalina:

1.-En la figura, la primera fila representa un material compuesto de pequeñas partículas unidas entre sí por medio de una fuerza elástica (resortes) en estado de “reposo”

2.-La segunda fila, nos indica que la primera partícula es excitada (tocada por la mano) por una señal ultrasónica.

3.-En la tercera fila, se produce el estado de “oscilación” de la partícula (movimiento adelante y atrás) .

4.-En la cuarta fila, esta “oscilación” se transmite a la partícula vecina y, así sucesivamente. De este modo, viaja la señal ultrasónica merced a este orden estructural del acero.Pero en el caso del caucho vulcanizado se tiene esta estructura:

Estructura amorfa que queda debido al proceso de vulcanizado a que se someten los neumáticos que termina en un entrelazamiento y distribución de largas cadenas poliméricas con moléculas de azufre a alta presión y temperatura, como se

observa en la figura. La pregunta que surge entonces ¿Cómo se transmite el ultrasonido?

Cuando la constante elástica de una molécula como la del caucho es muy alta y, además, de gran tamaño (perezosa de lenta respuesta al estímulo) se requiere una energía de excitación también mayor capaz de hacerla vibrar. Lo cual electrónicamente se obtienen con pulsos a frecuencias muy bajas. Esto implica además, utilizar una onda con mejor “rendimiento energético” .

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Informe Técnico

CONTACTOS:

Enrique Olivares Miranda, Cel 95441578, e-mail: enrique.olivares@esedes.cl

Marcelo Olivares Godoy, Cel 95441402, e-mail marcelo.olivares @esedes.cl

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