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Rodamientos en turbocargadores

IDENTIFICACIÓN DE LAS NECESIDADES DEL CLIENTE Declaración de la misión DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO PROPUESTA DE VALOR METAS CLAVE

MERCADO PRIMARIO MERCADO SECUNDARIO SUPOSICIONES

INVOLUCRADOS

Comparativa de rodamientos en Turbocargadores Turbocompresor de mínima fricción Turbocompresor que maximiza la relación de compresión a través del uso de cojinetes y rodamientos de baja fricción. La intención de este reporte es generar una comparativa para que el diseñador tenga una guía útil para seleccionar el rodamiento que mejor se adecue a sus necesidades de desarrollo de un turbocompresor eficiente. Esta comparativa es realizada mediante la aplicación de la metodología presentada por Karl Ulrich en Diseño y Desarrollo de Productos (ref. 1). Compradores de turbocargadores novatos. •Compradores de turbocargadores con experiencia •Vendedores de turbocargadores. Con base a la información técnica disponible de fabricantes y proveedores, dentro de este reporte se compararán los 3 tipos de rodamientos más usados en turbocargadores: •Cojinete hidrodinámico (Journal Bearings) •Rodamiento de bolas (Ball Bearings) •Rodamientos cerámicos (Turbonetics Ceramic Bearings) Investigador: Carlos Serrato Profesor: Marcelo López

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recopilación de datos Con base en una búsqueda de información realizada en libros, revistas, información técnica-comercial de proveedores e internet; asimismo, a partir de algunas visitas a centros de distribución del autor del presente reporte encontró que los rodamientos en turbocargadores más comúnmente usados son:

Cojinete hidrodinámico

La flecha es soportada por dos cojinetes hidrodinámicos (Journal bearing o Floating Bearing)

Rodamiento de Bolas

La flecha es soportada por dos rodamientos de bolas (Ball Bearings)

Rodamientos cerámicos

La flecha es soportada por un rodamiento de bolas del lado del compresor y un cojinete hidrodinámico de lado de la turbina (Hybrid Ball Bearing)

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INTERPRETACIÓN DE DATOS Basado en la investigación realizada en blogs relacionados con turbocargadores (ref. 13 y 14), las siguientes necesidades dependen directamente del tipo de rodamiento utilizado en turbocargadores: a.

Torque provisto

b.

Precio del Turbocargador

c.

Respuesta a la aceleración

d.

Eficiencia de la turbina

e.

Probabilidad de futuras fallas

f.

Perdidas por fricción.

g.

Peso

h.

Vida del rodamiento

i.

Número de visitas a taller

j.

Costo de mantenimiento

k.

Materiales

l.

Costo de refacciones

m.

Tipo de amortiguamiento

n.

Método de lubricación

o.

Tamaño del turbocargador

p.

Configuración (acomodo)

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Organización jerárquica de las necesidades e importancia relativa Lista jerárquica de necesidades primarias y secundarias. Las necesidades primarias están denotadas en negritas y se califican de acuerdo a su importancia relativa por el número de asteriscos; tres asteriscos denotan una necesidad de importancia relativa crítica.

*** ***

Torque de entrada a la turbina

*** **

Respuesta a la aceleración (empuje)

** *** **

Pérdidas por fricción en cada buje o rodamiento

*

Suposición:

Precio de venta del turbocargador Materiales Peso Eficiencia de la turbina Peso Vida del buje o rodamiento Costo de mantenimiento del buje o rodamiento Número de visitas a taller Costo de refacciones Probabilidad de futuras fallas Configuración Turbina-Compresor Tamaño del turbocargador Tipo de amortiguamiento Método de lubricación

Para efectos prácticos, únicamente se compararán las necesidades primarias con más de dos asteriscos.

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Especificaciones del producto Lista de métricas y comparativa (benchmark) Con la información recabada, se realizó la siguiente tabla comparativa para los tres tipos de rodamientos:

# de métrica

Métrica

Imp

Unidades

1 2 3 4 5 6 7

Torque Provisto Precio de venta Empuje Eficiencia de la turbina Pérdidas por fricción Vida del rodamiento Costo de mantenimiento

3 3 3 2 2 3 2

Nm $ (USD) Kpa % % Km $ (USD)

Cojinete hidrodinámco

$900.00

80,000 $ 300.00

Rodamiento de Bolas

Ver: Imagen 1 $2,200.00 Ver: Imagen 1 Ver: Imagen 2 Ver: Imagen 3 350,000 $ 200.00

Rodamientos cerámicos

$1,350.00

1,000,000 $ 800.00


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IMAGEN 1

Torque y Empuje

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Rodamientos en turbocargadores

IMAGEN 2

Eficiencia de la turbina

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IMAGEN 3

P茅rdidas por fricci贸n

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Valores objetivo ideales y marginales aceptables La metodología presentada por Karl Ulrich en Diseño y Desarrollo de Productos dicta que para la definición de especificaciones es conveniente definir valores objetivo así como valores marginales. La siguiente tabla muestra esta parte del proceso.

# de métrica

Métrica

1

Torque Provisto

3

Nm

2

Precio de venta

3

$ (USD)

Imp Unidades

Rodamiento de Rodamientos Cojinete Bolas hidrodinámco híbridos Ver: Imagen 1 $900.00

$2,200.00

$1,350.00

Valores marginales aceptables

Mayor al provisto por el Cojinete de bolas

Al menos el provisto por el Cojinete hidrodinámico

$ 900.00

$ 1,337.50

Mayor al provisto por el Al menos el provisto por el Cojinete de bolas Cojinete hidrodinámico Mayor al provisto por el Al menos el provisto por el Cojinete de bolas Cojinete hidrodinámico Máximo las provistas por el 0% Cojinete hidrodinámico

3

Empuje

3

Kpa

Ver: Imagen 1

4

Eficiencia de la turbina

2

%

Ver: Imagen 2

5

Pérdidas por fricción

2

%

Ver: Imagen 3

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Vida del rodamiento

3

Km

80,000

1,000,000

350,000

7

Costo de mantenimiento

2

$ (USD)

$ 300.00

$ 1,500.00

$ 400.00

Suposición:

Valor objetivo ideal

Infinita $

-

125,000 $ 300.00

Los valores objetivo ideales y marginales aceptables son definidos basados en los comentarios establecidos por clientes líderes en el sitio web turbochargerspecs.blogspot.mx (ref. 13)


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Generación de conceptos La metodología seguida hasta ahora indica que es necesaria la generación de conceptos a partir de la aclaración del problema (descomposición), búsqueda interna, búsqueda externa y la exploración sistemática, sin embargo este proceso no es necesario para este reporte dado que el enfoque seguido al principio de este documento parte de tres conceptos ya generados.

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Selección del concepto Matriz de selección Para la selección del rodamiento que mejor satisface las especificaciones definidas previamente (ver: valores objetivo ideales y marginales aceptables), el autor del reporte evaluó los conceptos conocidos usando una escala 0,1,2 y 3 dependiendo de que tanto el rodamiento satisface cada criterio.

Factor (medida en que el rodamiento mejor satisface las especificaciones) Criterio

Imp

Torque Provisto Precio de venta Empuje Eficiencia de la turbina Pérdidas por fricción Vida del rodamiento Costo de mantenimiento

3 3 3 2 2 3 2

Rodamiento de Rodamientos Cojinete Bolas híbridos hidrodinámco

1 3 1 1 1 1 3

2 0 3 3 3 3 0

2 3 3 2 2 2 2 Total

Imp X Factor

3 9 3 2 2 3 6 28

6 0 9 6 6 9 0 36

6 9 9 4 4 6 4 42


Rodamientos en turbocargadores

Resultados: Basado en el ejercicio anterior usando la metodología de Karl Ulrich presentada en Diseño y Desarrollo de Productos, el rodamiento híbrido es el que mejor satisface las necesidades de clientes líderes (turbochargerspecs.blogspot.mx). Este diseño es el que tiene una mejor relación entre

Torque provisto-precio de venta Empuje-precio de venta Eficiencia de la turbina-precio de venta Vida del rodamiento-precio de venta

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bibliografía y fuentes consultadas 1. Diseño y desarrollo de productos. Quinta Edición (Ulrich, 2013) 2. Ceramic Ball Bearing Used In Industrial Applications. http://www.turboneticsinc.com/content/ceramic-ball-bearing-used-industrial -applications. 3. APS Intercooled twin turbo ball bearing turbochargers. http://www.airpowersystems.com/corvette/turbo/turbo.htm 4. Como trabaja un turbocargardor? http://www.turbocargadores.com/interesante-detalle.php?cont=16 5. Análisis de fallas de un Turbo cargador http://www.turbosistec.com/prin-turbos.html 6. SKF Turbocharger Ball Bearing Units http://www.skf.com/group/industry-solutions/cars-and-light-trucks/engine/b oosting-air-supply/turbo-compound/turbocharger-ball-bearing-unit/index.ht ml?WT.oss=Turbochargers&WT.z_oss_boost=0&tabname=All&WT.z_oss_rank =1 7. Ball Bearing and Ceramic Roller Bearing Turbos http://webspace.webring.com/people/lr/rad87gn/tech/bbturbos.html 8. Mechanical Systems Training http://www.toolingu.com/definition-560210-86370-journal-bearing.html 9. Ceramic Ball Bearing Used In Industrial Applications http://www.turboneticsinc.com/content/ceramic-ball-bearing-used-industrial -applications 10. Development of a Ball Bearing Turbocharger http://papers.sae.org/900125/ 11. Turbo Bearings. http://www.motoiq.com/MagazineArticles/ID/1978/PageID/3195/Turbo-TechTurbo-Bearings.aspx 12. How to choose a turbo. http://www.turboneticsinc.com/ 13. Turbochargers specs. http://turbochargerspecs.blogspot.mx/ 14. The big cubic-inch turbo blog. http://speedzzter.blogspot.mx/

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