INNOVA Research Journal, ISSN 2477-9024  
Agosto, 2018). Vol. 3, No.8 pp. 80-93  
(
DOI: https://doi.org/10.33890/innova.v3.n8.2018.620  
URL: http://revistas.uide.edu.ec/index.php/innova/index  
Correo: innova@uide.edu.ec  
Determinación de la capacidad mecánica de las bielas de los vehículos Kia  
Rio, Corsa Evolution y Volkswagen Gol mediante FEM y ensayos  
experimentales  
Determination of the mechanical capacity of the cranks of the Kia Rio, Corsa  
Evolution and Volkswagen Gol vehicles through FEM and experimental tests  
Rommel Paúl Imbaquingo Navarrete  
Jorge Luis Melo Obando  
Carlos Nolasco Mafla Yépez  
Ignacio Bayardo Benavides Cevallos  
Universidad Técnica del Norte, Ecuador  
Autor por correspondencia: rpimbaquingo@utn.edu.ec (0983514647), jlmelo@utn.edu.ec  
(0982441661), cnmafla@utn.edu.ec (0999674713), ibbenavides@utn.edu.ec (0997236253).  
Fecha de recepción: 26 de febrero de 2018 - Fecha de aceptación: 15 de agosto de 2018  
Resumen: Este artículo se basa en la determinación de la capacidad mecánica que soportan las  
bielas de los vehículos Kia Rio, Corsa Evolution y Volkswagen Gol, en base a un análisis estático  
por compresión y pandeo en condiciones de columna, determinando si existe o no  
sobredimensionamiento de estas. El estudio se desarrolla en fases: Análisis químico realizado por  
un espectrómetro de chispa, ensayos de dureza del material y análisis micrográfico basado en  
normas ASTM, determinando el material específico de cada biela. Cálculo analítico determinando  
la presión y fuerza de explosión en el motor. Análisis de las bielas en condiciones de columna  
logrando obtener valores críticos a los cuales las bielas empezarán a pandearse, estos valores son  
analizados mediante FEM pudiendo determinar los factores de seguridad para cada caso.  
Modelado y Análisis FEM a compresión de cada Biela con incremento de carga hasta obtener los  
valores de esfuerzo, desplazamiento y factor de seguridad últimos. Realización de ensayos no  
destructivos por tintas penetrantes y partículas magnéticas basado en normas ASTM determinando  
si existe o no posibles fisuras o porosidades que influencien en los resultados. Ensayo experimental  
a compresión en la máquina de ensayos universales obteniendo resultados que serán comparados  
con los obtenidos mediante FEM. Comprobación de sobredimensionamiento en las bielas  
mediante comparación de esfuerzos obtenido del ensayo experimental y mediante FEM  
considerando la fuerza en el ciclo de expansión. Determinación de un modelo matemático usando  
regresiones lineales del cual obtendremos el esfuerzo en función de la fuerza de compresión que  
ingresemos.  
Palabras Claves: biela; FEM; análisis micrográfico; tintas penetrantes; ASTM  
Abstract: This article is based on the determination of the mechanical capacity of the Connecting  
rod of the Kia Rio, Corsa Evolution and Volkswagen Gol vehicles, based on a static analysis by  
compression and buckling under column conditions, determining whether or not there is over-  
dimensioning of the same. The study is developed in phases: Chemical analysis performed by a  
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spark spectrometer, material hardness tests and micrographic analysis based on ASTM standards,  
determining the specific material of each connecting rod. Analytical calculation determining the  
pressure and explosion force in the engine. Analysis of the connecting rods in column conditions,  
obtaining critical values to which the connecting rods will begin to buckle, these values are  
analyzed by means of EMF, being able to determine the safety factors for each case. Modeling and  
FEM compression analysis of each connecting rod with load increase until the last effort,  
displacement and safety factor values are obtained. Performing non-destructive tests by  
penetrating inks and magnetic particles based on ASTM standards determining whether or not  
there are possible cracks or porosities that influence the results. Experimental compression test in  
the universal testing machine obtaining results that will be compared with those obtained by FEM.  
Checking oversize in the connecting rods by comparing the forces obtained from the experimental  
test and using FEM considering the force in the expansion cycle. Determination of a mathematical  
model using linear regressions from which we will obtain the effort as a function of the  
compression force that we enter.  
Key words: connecting rod; FEM; micrographic analysis; penetrating inks; ASTM  
Introducción  
Strozzi, Baldini, Giacopini, Bertocchi & S. Mantovani (2015) en cuanto a la definición de  
la biela expresan que es uno de los componentes más importantes empleados en los motores de  
combustión interna. Sus extremidades están configuradas como ojos, denominados como  
extremo de vástago (superior) y vástago grande (inferior), conectados por un vástago en forma  
de viga. El extremo pequeño de la biela está unido al pistón por medio del pasado, mientras que  
el extremo grande está montado en el cigüeñal  
Además, Strozzi et al. (2015) refieren que la función de la biela es trasladar el  
movimiento transversal alterno del pistón a movimiento de rotación del cigüeñal y como parte  
del motor, la biela se somete a cargas de fatiga de alto ciclo. Deben tenerse en cuenta las  
contribuciones debidas tanto a las fuerzas de compresión como a las fuerzas de inercia. La biela  
tiene que ser lo suficientemente fuerte como para soportar la carga externa, lo suficientemente  
rígida para permitir un acoplamiento correcto con el pasador y la manivela y, al mismo tiempo,  
tiene que ser lo suficientemente ligera como para minimizar las fuerzas inerciales derivadas de su  
movimiento. En particular, una cierta porción de la biela puede considerarse como una masa  
alterna, afectando así directamente al valor máximo de su fuerza alterna efectiva.  
Como consecuencia, se debe prestar especial atención al proceso de diseño de la biela,  
ambos métodos tanto analítico como numérico se utilizan generalmente para la optimización de  
la biela.  
Mohsin & Haneef (2015) expresa que si bien la biela de un motor de combustión interna  
5
9
está expuesta a grandes cargas cíclicas de trabajo del orden de 10 a 10 ciclos debido a las  
cargas generadas en el tiempo de explosión es importante la durabilidad y fiabilidad de este  
componente para el excelente desempeño del automotor.  
Para el caso en estudio, existe el análisis desarrollado con el fin de analizar la fractura  
ocurrida en la biela de un compresor de refrigeración, investigación desarrollada por Ernesto  
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Germán Porras, Sara Rodríguez Pulecio & John Jairo Coronado (2010) con el objetivo de  
determinar las razones por las que falló la biela, en tal estudio detallan diversos factores que  
dieron origen a este hecho mencionando que los ciclos de carga de compresión, aumento de  
coeficiente de rozamiento, la pérdida de lubricación y la presencia de porosidades aumentaron  
los esfuerzos en la biela conllevando a una lubricación límite, al incremento del daño  
superficial y desgaste por deslizamiento que a su vez éste incremento fue influenciado por la  
porosidad y las asperezas, la fuerza tangencial fue muy alta que rompió la microsoldadura  
conduciendo a valores inaceptables de fricción, desgaste y aumento de temperatura provocando  
esfuerzos de flexión en la biela los cuales produjeron la fractura de forma dúctil luego chocó la  
biela contra el bloque del compresor y se fracturó de forma frágil debido al impacto, todo esto  
validado con métodos analíticos en el cálculo de esfuerzos, inercia, etc. y experimentales con  
análisis micrográficos, fractografías y microscópicos.  
En un estudio realizado en Italia por Mattia Pujatti, Mitja Suhadolc & Daniel Piculin  
(2014) enfocado en analizar el desgaste originado en las bielas de los motores de gran tamaño  
pudieron determinar que existían varios factores que originaron la causa entre ellos el número  
extremadamente alto de ciclos de trabajo por encima de 108, presión radial demasiado baja del  
cojinete produciendo juego con la biela de esta manera se originó puntos de adhesión, grietas  
iniciadas por fricción en la superficie de la carcasa, el crecimiento de fisuras puramente por  
fatiga fue entonces posible y condujo al fracaso de la biela, métodos analíticos como la  
ecuación de El Haddad Topper Smith, ensayos experimentales como ensayos no destructivos  
por partículas magnéticas sirvieron de ayuda para determinar que por la presión radial del  
cojinete que no era suficiente para evitar el juego, las grietas se iniciaron y crecieron bajo  
tensiones oscilantes, la altura de aplastamiento del cojinete que brinde una correcta presión  
radial y así disminuir el deslizamiento entre el casquillo de cojinete y la carcasa no era la  
correcta, además se debía mejorar la resistencia al deslizamiento y reducir la fricción.  
En la India, Saharash Khare, O.P. Singh, K. Bapanna Dora & C. Sasun (2012), en su  
investigación debido al problema por alto ruido y vibraciones en un motor por rotura de una  
biela a temprano tiempo de vida útil, se determinó un factor preponderante que conllevó a los  
síntomas antes mencionado, siendo éste el desgaste en las superficies de contacto de los  
pasadores, los cojinetes y las superficies de los extremos grandes de la biela el cual mediante  
análisis de las diversas partes que conforman el motor, análisis por elementos finitos, ensayos  
en dinamómetro y el método de ensayo controlado por matriz de cuatro cuadrantes cuyo  
método consiste en correlacionar básicamente el MTTF (tiempo medio al fallo) en pruebas de  
campo con el MTTF en laboratorio se pudo determinar que existía grietas superficiales en el  
pasador de manivela, los rodamientos de rodillos y las superficies de los extremos grandes de  
las bielas (bulón del cigüeñal), además existía una alta presión interfacial y tensiones cerca de  
la unión de la banda y la brida de la biela y ante todo esto se modificó la biela mediante FEM  
mostrando una reducción significativa de la presión, lo que dio como resultado una mejora  
significativa de la durabilidad en la prueba de laboratorio.  
Existe también estudios en China referente al daño de las bielas, investigación  
desarrollada por Bai-yan He, Guang-da Shi, Ji-bing Sun, Si-zhuan Chen & Rui Nie (2013), con  
la finalidad de analizar la falla en una biela de un grupo electrógeno diésel determinaron  
múltiples factores que originaron el fallo de la biela entre ellos son los valores relativamente  
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bajos en cuanto a las propiedades mecánicas del material como la resistencia a la tracción, el  
límite elástico del material, la tensión de los pernos y las superficies coincidentes dentadas eran  
relativamente altas, determinando que la tensión máxima de la biela se produjo en la superficie  
de acoplamiento cerca del orificio del perno de sujeción, además se realizó el examen  
metalográfico y fractografías indicando que la fatiga es el principal mecanismo de las grietas y  
el fallo de la biela y que el alto esfuerzo de montaje del perno junto con la tensión del ciclo  
durante las operaciones del motor podría causar la generación y extensión de las grietas, en  
cuanto al material todos estos resultados fueron logrados gracias a ensayos de dureza,  
composición química y análisis de elementos finitos no lineales en el esfuerzo de montaje de  
los pernos.  
Metodología  
La determinación del material que conforman las bielas se realizó de acuerdo con los siguientes  
métodos:  
Análisis químico  
Para determinar el porcentaje de cada material que conforman las bielas se realizó la  
cuantificación de los metales presentes en la muestra empleando el Espectrómetro de Chispa  
marca BRUKER modelo Q4TASMAN.  
Análisis de dureza  
Se determinó la dureza de cada material que conforman las bielas en tres puntos distintos  
de cada probeta cuyo promedio es el valor de la dureza del material. La escala usada fue  
Rockwell B (HRb).  
Análisis metalográfico  
El análisis metalográfico inicia con un proceso de corte transversal del cuerpo de biela  
con el fin de obtener las probetas, seguidamente tenemos el pulido de estas hasta obtener un  
acabado tipo espejo para proceder al ataque químico con nital al 3%. Este análisis se basa en las  
normas ASTM E3 y ASTM E112.  
Comprobación de sobredimensionamiento  
La comprobación del sobredimensionamiento se basa en una comparación del esfuerzo  
generado mediante FEM considerando la fuerza en el ciclo de explosión y el esfuerzo generado  
por la fuerza máxima encontrada en el ensayo experimental sobre el área de la sección  
transversal.  
Para este desarrollo se lleva a cabo el cálculo de la presión y la fuerza de explosión en el  
ciclo de expansión, análisis de la biela en condiciones de columna, ensayo experimental en la  
máquina de ensayos universales, previa verificación de posibles fisuras y porosidades mediante  
análisis no destructivos.  
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Cálculo de la presión y fuerza de explosión en el ciclo de expansión  
Mediante el libro “Motores del Automóvil” cuyos autores son Jóvaj & Trusov (1982) se  
obtuvieron los valores de presión y fuerza en el ciclo de expansión, se ha desarrollado una serie  
de cálculos los cuales resultan ser una secuencia desde el ciclo de admisión y compresión hasta  
finalmente llegar al ciclo de explosión en cuanto a las presiones y temperaturas de cada ciclo.  
Análisis de la biela en condiciones de columna  
En base a los libros titulados “Diseño de Elementos de Máquinas” cuyo autor es Mott  
(1992), “Diseño en Ingeniería Mecánica” cuyos autores son Shigley & Milshchke (2005) y  
“Diseño de máquinas” de Norton (1999) se procede a realizar el análisis en condiciones de  
columna determinando previamente si las bielas trabajan como columnas cortas o largas y  
aplicar la ecuación respectiva para cada tipo, es decir, ecuación de J.B. Johnson o Euler  
respectivamente, adicional se necesita previamente haber determinado el material que  
conforman las bielas para así poder obtener datos en cuanto a su módulo de elasticidad, la  
resistencia última a la tensión, el área de la sección transversal del cuerpo de la biela, la  
longitud real de la columna y la constante en base a la fijación de los extremos, datos que nos  
llevarán a la realización de cálculos en base al momento de inercia, Radio de giro, Longitud  
efectiva de la columna y la constante de la columna, para poder definir si la biela actúa como  
columna corta o larga y usar la ecuación de Johnson o Euler respectivamente dependiendo el  
caso, en base a todos los cálculos se pudo determinar que todas actúan como columnas cortas  
dando los valores críticos para cada caso y que al analizarlas por pandeo mediante FEM  
obtendremos el factor de seguridad referente a la carga crítica obtenida.  
Ensayo experimental a compresión  
Para la ejecución del ensayo experimental se realizó el análisis no destructivo a las tres  
bielas tanto por tintas penetrantes como por partículas magnéticas donde no se detectaron  
fisuras ni porosidades que resulten como concentradores de tensión y así disminuya la  
capacidad de carga.  
El ensayo no destructivo se realizó utilizando el procedimiento de tintas penetrantes  
basado en la norma ASTM E 165 y por partículas magnéticas basado en la norma ASTM E  
7
09. El estudio experimental se ha realizado en la máquina de ensayos universales TIME cuyas  
lecturas de la gráfica y deformación se realizaron desde el respectivo software de la máquina.  
La carga aplicada está dada en kilo newtons (KN), a una velocidad de 1 mm/min y un  
modo de visualización Desplazamiento vs Carga. Para este ensayo se realizó la simulación del  
bulón y del muñón del cigüeñal con cilindros cuyo material fue acero de transmisión.  
Ensayo a compresión por método de elementos finitos FEM  
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Se desarrolló el análisis por elementos finitos en el software de modelado y simulación  
SolidWorks en el cual se ha procedido a realizar un estudio a cada biela tomando en cuenta un  
análisis por compresión y por fallo por condiciones de columna o también denominado Pandeo.  
Al tener completamente modeladas las bielas y con ayuda de los análisis para la  
determinación del material se asigna el material para cada caso además de su respectivo  
ensamble y sus respectivos aditamentos que simulan al bulón y al muñón del cigüeñal como se  
realizó en el ensayo experimental.  
Se procede a realizar en análisis a compresión y por condiciones de columna mediante  
incrementos de carga de 20 KN hasta el valor máximo obtenido en el análisis experimental  
verificando la falla de las bielas y validando entre sí los datos del estudio práctico en la  
máquina de ensayos universales. Los resultados se obtuvieron en base al esfuerzo,  
desplazamiento y factor de seguridad.  
Modelo matemático  
Mediante la utilización de regresiones lineales se logró determinar un modelo matemático  
el cual nos brindará los datos del esfuerzo dependiendo la variable fuerza que ingresemos.  
Resultados  
En la tabla 1 se muestran los resultados del ensayo por análisis químico de los materiales  
que conforman cada biela.  
Tabla 1. Resultados del Análisis Químico  
METALES  
Carbono (C)  
Silicio (Si)  
VOLKSWAGEN GOL (%) KIA RIO (%) CHEVROLET CORSA (%)  
0.393  
0.217  
0.737  
0.105  
0.043  
<0.005  
<0.150  
0.129  
0.035  
0.012  
0.003  
<0.005  
<0.001  
0.616  
0.168  
2.992  
2.087  
0.183  
0.036  
0.019  
0.004  
<0.001  
0.415  
<0.001  
0.002  
0.020  
0.004  
<0.0002  
Manganeso (Mn)  
Cromo (Cr)  
Níquel (Ni)  
Fósforo (P)  
Azufre (S)  
0.858  
0.094  
0.038  
<0.005  
<0.150  
0.206  
Cobre (Cu)  
Aluminio (Al)  
Molibdeno (Mo)  
Titanio (Ti)  
Vanadio (V)  
Boro (B)  
<0.005  
0.015  
<0.001  
<0.005  
<0.001  
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Hierro (Fe)  
98.04  
97.72  
94.15  
En la tabla 2 se evidencia los resultados de la dureza en la escala Rockwell B ensayadas  
en el material de cada biela.  
Tabla 2. Resultados ensayo de dureza  
Vehículo  
Dureza (HRB)  
Volkswagen Gol  
98,33  
Kía Río  
95,66  
99,83  
Chevrolet Corsa  
Después del fotografiado microscópico se obtiene las micrografías del material que  
conforman las bielas cuyos gráficos se muestran en la tabla 2.  
De acuerdo con el análisis químico, de dureza, de micrografía y en comparación con el  
libro Metals Handbook ninth edition (s.f.) correspondiente a METALLOGRAPHY and  
MICROSTRUCTURES ASM podemos determinar que el material de la biela del vehículo  
Chevrolet Corsa corresponde a una Fundición Nodular matriz Perlítica, del vehículo Kía Río  
corresponde a un acero AISI 1060 Matriz perlítica y ferrítica y del vehículo Volkswagen Gol  
corresponde a un acero AISI 4140. Matriz Martensítica.  
Tabla 3. Análisis Metalográfico  
Vehículo  
Kía Río  
Ensayo Micrografías a 100X  
Micrografías Handbook  
Determinación del material  
acero AISI 1060 Matriz  
Perlítica y ferrítica  
Volkswagen  
Gol  
Acero AISI 4140  
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Chevrolet  
Corsa  
Fundición Nodular matriz  
Perlítica  
Para la comprobación de un posible sobredimensionamiento como se dijo anteriormente  
se procede a una serie de cálculos como son: Cálculo de la presión y fuerza de explosión en el  
ciclo de expansión, análisis de la biela en condiciones de columna, ensayo experimental a  
compresión.  
Para el primer caso se obtuvo la presión y fuerza de explosión en el ciclo de expansión  
basada en el libro de M.S. Jovaj.  
Tabla 4. Valores de presión y fuerza en el ciclo de explosión  
Automóvil  
Kía Río  
Pz (MPa)  
4,83  
Fe(N)  
21623,4  
19640,45  
23390,83  
Volkswagen Gol  
Chevrolet Corsa  
3,77  
4,59  
Pz: Presión en el ciclo de explosión  
Fe: Fuerza de explosión  
Para las condiciones de columna previamente se determina si las bielas trabajan como  
columna corta o larga para utilizar las debidas ecuaciones tanto de J.B. Johnson o Euler  
respectivamente. Se determinó que las bielas trabajan como columna corta tras una serie de  
cálculos que el análisis exige.  
퐸푐푢푎푐ꢀó푛 푑푒 퐽. 퐵. 퐽표ℎ푛푠표푛  
2
퐾퐿  
푆 (  
)
]
푦
ꢁ
2
( 1)  
푃퐶푟 = 퐴푆 [1 −  
푦
4휋 휖  
Siendo:  
푃퐶푟 =carga crítica ꢂ푁ꢃ  
퐴 =área de la sección transversal ꢂ푚2ꢃ  
푆 =resistencia última a la tensión ꢂ푀푃 ꢃ  
푦
ꢄ
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푘 =constante de columna ꢂ1ꢃ  
퐿 =longitude real de la columna ꢂ푚ꢃ  
ꢁ
=radio de giro de la columna ꢂ푚ꢃ  
=módulo de elasticidad ꢂ퐺푃ꢄꢃ  
∈
En la tabla 5 se muestran los resultados de las bielas al ser analizadas en condiciones de  
columna, pudiendo obtenerse la carga crítica a la cual la biela empezará a pandearse juntamente  
con el factor de seguridad validando esa carga crítica para cada biela al obtenerlo mediante  
análisis FEM.  
Tabla 5. Resultados análisis en condiciones de columna  
Automóvil  
Kía Río  
PCr (N) Factor de Seguridad  
57268,01  
1,07  
1,1  
Volkswagen Gol 79288,92  
Chevrolet Corsa 47285,62  
1,01  
Antes de realizar el ensayo a compresión en la máquina de ensayos universales se efectúa  
en este análisis de ensayos no destructivos por tintas penetrantes y partículas magnéticas. Los  
resultados del ensayo se muestran a continuación:  
Tabla 6. Resultados ensayos no destructivos  
Ensayo no  
destructivo  
Figura  
Conclusión  
Tintas  
penetrantes  
no se detectaron fisuras  
superficiales ni  
porosidades.  
Partículas  
Magnéticas  
no existen fisuras,  
porosidades o  
discontinuidades  
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Las pruebas se realizaron con incremento de carga cada 20 KN obteniendo una carga  
máxima de 116, 22 KN para la biela del vehículo Kía Río, para la biela del vehículo  
Volkswagen Gol se obtuvo una carga máxima de 111,02KN y del vehículo Chevrolet Corsa  
una carga máxima de 98,5KN. El esfuerzo para cada uno se obtuvo dividiendo la fuerza  
máxima determinada mediante el ensayo experimental sobre el área de la sección transversal.  
Resultados del ensayo experimental a compresión:  
Tabla 7. Resultados ensayo Experimental  
Automóvil  
Kía Río  
Carga (N) Área (m2) Esfuerzo Calculado  
116220  
111024  
98500  
0,000151  
0,000146  
0,000192  
769,67  
760,43  
513,02  
Volkswagen Gol  
Chevrolet Corsa  
Finalmente se determina si las bielas de los vehículos anteriormente nombrados presentan  
un sobredimensionamiento o no mediante la comparación del esfuerzo generado mediante FEM  
considerando la fuerza en el ciclo de explosión y el esfuerzo generado por la fuerza máxima  
encontrada en el ensayo experimental sobre el área de la sección transversal.  
El esfuerzo FEM se ha obtenido del software de simulación el cual fue calculado en base  
a la fuerza encontrada en el ciclo de explosión y para el cálculo del esfuerzo en base a la fuerza  
máxima experimental se ha usado la ecuación (2), la cual involucra la fuerza máxima que se  
obtuvo de la máquina de ensayos universales y el área de la sección transversal para cada marca  
de vehículo:  
ꢅ
퐴
( 2)  
휎푐 =  
퐹
휎푐 =esfuerzo a compresión ꢂ푀푃 ꢃ  
퐹
ꢄ
ꢅ =fuerza máxima experimental ꢂ푁ꢃ  
퐴 =área de la sección transversal ꢂ푚2ꢃ  
Tabla 8 Resultados de sobredimensionamiento  
Vehículo  
Kía Río  
Esfuerzo en base a la Esfuerzo FEM en  
Conclusión  
fuerza máxima  
experimental 흈풄푭  
ꢂ푴푷풂ꢃ  
base a la fuerza  
de explosión 흈풄푭풆  
ꢂ푴푷풂ꢃ  
769,66  
148,724  
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Volkswagen  
Gol  
760,4  
130,66  
132,29  
Existe sobredimensionamiento ya que el  
esfuerzo calculado en base a la fuerza del  
ensayo experimental es mucho mayor que el  
generado dentro del ciclo de explosión.  
Chevrolet  
Corsa  
513,02  
Para la validación de los ensayos tanto experimental como FEM también se procedió a  
analizar las bielas en cuanto a su carga máxima que éstas pudieran soportar en el software  
SolidWorks, se comparó los esfuerzos obtenidos mediante FEM y mediante el ensayo  
experimental dando valores bastante aproximados y con un factor de seguridad menor o igual a  
uno indicando que en realizad es la carga máxima que pueden soportar dichas bielas, además de  
validar los resultados y la correcta realización de los ensayos. En la tabla 8 se muestran los  
resultados analizados mediante FEM considerando la fuerza máxima experimental.  
Tabla 9. Resultados ensayo FEM a compresión.  
Automóvil  
Kía Río  
Fuerza Máxima Esfuerzo (MPa) Factor de Seguridad  
116220  
111024  
98500  
799,35  
738,62  
557,08  
0,97  
1,03  
0,95  
Volkswagen Gol  
Chevrolet Corsa  
Basado en libro cuyos autores son Walpole & Ronald E (1999) titulado “Probabilidad y  
estadística para ingenieros” y en el libro de Sheldon (2007) titulado “Introducción a la  
estadística”, con el tema de regresiones lineales se logró determinar un modelo matemático el  
cual nos brindará los datos del esfuerzo dependiendo la variable fuerza que ingresemos.  
Tabla 10. Modelo de Regresión Lineal  
Vehículo  
Kía Río  
Modelo Matemático  
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Volkswagen  
Gol  
Chevrolet  
Corsa  
Discusión  
En la presente investigación y en base a los resultados de las micrografía llama la  
atención que el elemento del Carbono es más abundante en la biela del vehículo Corsa  
Evolution comparado con los otros dos vehículos, primeramente corroborando la determinación  
del material Fundición Nodular Gris cuya principal característica es el alto contenido de  
carbono el cual proporciona mayor dureza pero mayor facilidad a la rotura, por eso es que en  
los ensayos experimentales ésta llego a romperse mientras que las bielas de los otros vehículos  
se doblaron pero no se partieron.  
De los resultados en cuanto a determinar un posible sobredimensionamiento en las  
capacidades mecánicas de cada biela se puede observar que todas cumplen las exigencias de  
cada motor.  
Tabla 11. Resultados del Sobredimensionamiento de las bielas de cada vehículo  
Vehículo  
Esfuerzo en base a la fuerza  
máxima experimental 흈풄푭  
ꢂ푴푷풂ꢃ  
Esfuerzo FEM en base a la  
fuerza de explosión 흈풄푭풆  
ꢂ푴푷풂ꢃ  
Factor de  
Seguridad  
흈풄 /흈풄  
푭
푭풆  
Kía Río  
Volkswagen  
Gol  
769,66  
760,4  
148,724  
130,66  
5.1  
5.8  
Chevrolet  
Corsa  
513,02  
132,29  
3.8  
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INNOVA Research Journal 2018, Vol 3, No. 8, pp. 80-93  
Los esfuerzos obtenidos tanto del ensayo experimental y por elementos finitos son  
bastante próximos validando ambos métodos en cuanto a la obtención de las capacidades  
mecánicas.  
Tabla 12. Comparación de esfuerzos obtenidos del ensayo experimental y por FEM.  
Automóvil  
Esfuerzo Ensayo experimental Esfuerzo por ensayo FEM  
MPa)  
(
(MPa)  
Kía Río  
769,67  
760,43  
513,02  
799,35  
738,62  
557,08  
Volkswagen Gol  
Chevrolet Corsa  
Conclusiones  
Con ayuda del análisis químico y de la microestructura se determinó que la biela del  
Chevrolet Corsa correspondía a una fundición nodular Gris 80-55-06, mientras que en  
Volkswagen Gol y Kía Río eran aceros con bajo contenido de carbono, AISI 1060 y AISI 4140  
respectivamente.  
De los ensayos realizados se pudo determinar que la biela de Chevrolet Corsa por su alto  
contenido de carbono presentaba mayor dureza, pero a la vez mayor fragilidad a la rotura, lo que  
no sucedía con la biela del Volkswagen Gol y del Kía Río que por su bajo contenido de carbono  
no presentaban mucha fragilidad sino plasticidad.  
Se determinó la máxima carga que pueden soportar las bielas al ser sometidas al esfuerzo  
de compresión, mediante la ayuda de ensayos experimentales y por elementos finitos.  
El software nos proporciona un modelado de la biela, así como la facilidad para aplicarle  
el esfuerzo de compresión y un análisis por columna, obteniendo así diferentes valores de carga  
para posteriormente ser comparados con los obtenidos experimentalmente.  
Determinamos que las bielas de cada vehículo se encuentran sobredimensionadas ya que  
la carga generada en el ciclo de explosión es menor que la carga crítica calculada como columna  
corta y menor que la fuerza máxima de compresión.  
El sobredimensionamiento y la confiabilidad hace que las bielas sean difíciles de ser  
remplazadas en modificaciones que se realice dentro del motor, implicando aumento de  
presiones o cargas.  
Bibliografía  
Askeland , D. (2006). Ciencia e Ingeniería de los Materiales tercera edición. Thomson.  
Revista de la Universidad Internacional del Ecuador. URL: https://www.uide.edu.ec/  
92  
INNOVA Research Journal 2018, Vol 3, No. 8, pp. 80-93  
ASM Metals Handbook vol 9. (s.f.). Metallography and Microstructures . ASM.  
ASTM E 112. (n.d.). Determinación del tamaño de grano .  
ASTM E 165. (n.d.). Ensayos no destructivos por tintas penetrantes .  
ASTM E 3 . (n.d.). Preparación de muestras metalográficas .  
ASTM E 709. (n.d.). Ensayos no destructivos por partículas magnéticas .  
Baiyan , H. A., Guang-da, S. A., Ji-bing, S., Si-Zhuan, C., & Nie , R. (2013). Crack analysis on  
the toothed mating surfaces of a diesel engine connecting rod . ELSEVIER , 443-450.  
Jóvaj , M. S., & Trúsov , V. I. (1982). Motores del Automovil . Moscú: MIR Moscú .  
Khare , S., Singh , O. P., Bapanna k. , D., & Sasun , C. (2012). Spalling investigation of connecting  
rod . ELSEVIER , 77-86.  
Mohammed Mohsin , A. H., & Mohamed , H. (2015). Analysis of Fatigue Stresses on Connecting  
Rod Subjected to Concentrated Loads At The Big End. ELSEVIER , 2094-2103.  
Mott, R. (1992). Diseño de elementos de máquinas. . Hispanoamericana .  
Norton , R. (1999). Diseño de Máquinas primera edición . México : PEARSON .  
Porras , E. G., Rodríguez Pulecio, S., & Coronado , J. J. (2010). Análisis de la fractura de una biela  
de compresor de refrigeración . Ingeniería e Investigación , 130-135.  
Pujattia, M., Suhadolca, M., & Piculina , D. (2014). Fretting-initiated fatigue in large bore engines  
connecting rods . ELSEVIER , 356-359.  
Sheldon M. , R. (2007). Introducción a la estdística segunda edición . Reverteré S.A.  
Shigley, J., & Mishchke, C. (2005). Diseño en Ingeniería Mecánica sexta edición . McGraw Hill.  
Strozzi, A., Baldini , A., Giacopini, E., & Mantovani , S. (2015). A repertoire of failures in  
connecting rods for internal combustion engines, and indications on traditional and  
advanced design methods. . Engineering failure analysis., 1-20.  
Walpole, R. E. (1999). Probabilidad y Estadística para Ingenieros sexta edición . México:  
Prentice Hall Hispanamericana .  
Westerman , G. (1986). Metalotecnia Fundamental . Barcelona : Reverteré .  
Revista de la Universidad Internacional del Ecuador. URL: https://www.uide.edu.ec/  
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