ANÁLISIS DE FALLAS

LUIS EDUARDO BENÍTEZ HERNÁNDEZ

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ANÁLISIS DE FALLAS


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1. DEFINICIÓN

Se dice que una pieza o un elemento mecánico ha fallado cuando cae dentro de uno de los tres siguientes casos:

A. Queda Totalmente InservibleB. Trabaja, pero no cumple su función en

forma satisfactoriaC. Los deterioros sufridos por la pieza la hacen

no confiable e insegura para su operación. En este caso se debe reparar o reemplazar.


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Detección de fallas

- Aumento del nivel de ruidoUn engranaje roto o desgastadoRodamiento desgastado o deterioradoElementos elásticos del acople dañadoDesalineamiento o desbalanceo

- Aumento en el nivel de temperaturaAumento o disminución del nivel de aceiteRodamientos o chumaceras mal lubricadasExcesivo contacto metálico (Pérdida de viscosidad en el lubricante)Aumento de la viscosidad


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Detección de fallas

- Aumento del nivel de vibración Daños en un rodamientoTornillos de anclaje sueltosDesalineamiento por asentamientosVelocidades de trabajo excesivas


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2. CAUSAS DE LAS FALLAS

A. Deficiencias en el diseñoB. Deficiencias en la selección del materialC. Imperfecciones en el materialD. Deficiencias en el procesoE. Inadecuado control dimensionalF. Errores de montajeG. Sobrecargas y abusos en el servicioH. Inadecuado mantenimientoI. Factores ambientales


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A. Deficiencias en el diseño

Efectos de las entallas o cambios de secciónCriterios de diseñoEsfuerzos reales de trabajoTipos de magnitudesPiezas sencillas o complejas Factores elevadores de los esfuerzos (cambios en el diseño)


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Datos poco exactos del ensayo de tensión. Empleo de criterios erróneos en la selección de material.No existe una relación adecuada entre los criterios de selección y las condiciones de servicio. Impera el costo antes que la calidad del material.

B. Deficiencias en la selección de material


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C. Imperfecciones en el material

Fallas en el proceso, (fundición, forja, laminación …)Segregaciones, porosidades, grietas, inclusiones …


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D. Deficiencias en el proceso

Esfuerzos residuales causados por el proceso de deformación en frío.Las marcas del maquinado originan grietas que conducen a la falla.Las condiciones del tratamiento térmico (temperatura, tiempo, medio de enfriamiento, velocidad) pueden originar esfuerzos residuales.Recubrimiento inadecuadoSoldaduraReparaciones inadecuadasProceso de acabado


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E. Inadecuado control dimensional

Dimensiones (ancho, espesor, altura …) PerpendicularesConcentricidadesTolerancias dimensionales


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F. Errores de montaje

Negligencia de los operariosPiezas mal fabricadasInadecuadas instrucciones de montajeDesalineamientosComprobación de patrones de contactoDistancia entre centrosTolerancias de montaje (juego entre piezas)


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G. Sobrecargas y abusos en el servicio

Condiciones de velocidadCargasTemperaturaMedio AmbienteMantenimiento adecuadoOperación adecuada de los equiposPeríodos de ajuste


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H. Inadecuado mantenimiento y reparación

Frecuentes inspecciones visualesRevisión de niveles de aceiteProgramación de mantenimientoFrecuencias del cambio de aceite


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I. Factores Ambientales

Condiciones reales de trabajo del equipoDeterioro de las propiedades del material con el tiempo de exposición al medio ambienteInfluencia del medio ambiente en las propiedades del lubricante


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3. TIPOS DE FALLAS

A. Fallas por desgasteB. Fallas por fatiga superficialC. Fallas por fracturaD. Fallas por flujo plásticoE. Fallas combinadas


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Mecanismos de generación de contaminación

TIPO CAUSA PRIMARIADesgaste por abrasión Partículas que se sitúan entre dos

superficies en movimientoErosión Partículas y alta velocidad en el fluido

Desgaste por adhesión Soldadura fríaDesgaste por cavitación Caudal de alimentación a la bomba

insuficienteDesgaste por corrosión Química y electroquímica

Fatiga Partículas

* Referencias: Guía para el control del desgaste, Filtración para el control del desgaste. The American Society of Mechanical Engineers.Uno de los principales orígenes de la contaminación es la generación de la misma en el seno del sistema hidráulico o de lubricación. Esta generación de contaminación es acelerada por contaminantes tales como agua y partículas, ya presentes en el sistema


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Tipos de desgaste, causas y solucionesDESGASTE CAUSAS SOLUCIONES

Durante la parada y arrancada del equipo

Se puede reducir con el empleo de lubricantes de película sólida

Empleo de un aceite de menor viscosidad

Cambiándolo por el que recomienda el fabricante del equipo

Empleo de un aceite contaminado Cambiándolo por aceite nuevo

Partículas metálicas en el aceite Lavando el sistema y cambiando el aceite

Contacto metal-metal Empleando un aceite con mayor viscosidad

Medio ambiente contaminado Cambiando el aceite con mayor frecuencia

Aceite Oxidado Cambiando el aceite con mayor frecuencia

Contaminación del aceite con el acido Cambiándolo por aceite nuevo

FATIGA SUPERFICIAL Inevitable

CAVITACIÓN Presencia de espuma en el aceiteChequear la tendencia a la

formación de espuma en el aceite

CORRIENTES ELÉCTRICAS Arco eléctrico entre dos superficies Revisar la toma a tierra

CORROSIVO

ABRASIVO

ADHESIVO


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Esfuerzos de contacto

Condición real y teórica de esfuerzos en el diente

Distribución de esfuerzos equivalentes de contacto del rodillo equivalente con un plano


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Esfuerzos de contacto

Diente con abombado en la superficie lateral (flanco recortado)

Esfuerzos presentes en la zona de contacto


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Efecto de las direcciones de deslizamiento sobre la superficie del diente

Direcciones de deslizamiento sobre engranajes nuevos.

Note como coinciden el daño y las direcciones de deslizamiento. Daño típico de perfiles del diente.


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Desgaste por fatiga de las superficies de los rodamientos

Las superficies de los rodamientos están sujetas a fallas por fatiga como resultado de los esfuerzos repetitivos causados por las partículas atrapadas entre ellas. Al principio, las superficies se mellan y se inicia la formación de grietas, que se extienden por la aparición de nuevas partículas que provocan nuevos esfuerzos. Finalmente la superficie falla, produciéndose una hendidura.


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Partículas de 5μm desgastan los rodamientos

Las pequeñas partículas que se incrustan en los espacios creados por tolerancias dinámicas dañan rodamientos y ejes


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Desgaste por fatiga de los rodamientos


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Desgaste por fatiga de los rodamientos

CONSECUENCIAS DE LA FATIGA EN LOS RODAMIENTOSLa contaminación reduce la vida en fatigaLa abrasión incrementa las toleranciasEl fallo de un rodamiento = altos costes por parada de maquina

Las superficies de los rodamientos están sujetos a fallos por fatiga, por los continuos esfuerzos a que los someten las partículas que quedan atrapadas entre las dos superficies en movimiento. En un principio, las superficies se dañan y aparecen pequeñas grietas que al extenderse provocan la liberación de más partículas y la aparición de una mella sobre la superficie. La contaminación reduce la vida de los rodamientos mediante los procesos de abrasión, fatiga y aumentando la rugosidad de las superficies en contacto.


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4. Inspección de campo

A. Toma de FotografíasB. Localización de piezas rotas con respecto a cada una de las

otrasC. La identificación del origen de la fallaD. Dirección y propagación de la grieta y secuencias de fallaE. Presencia de defectos obvios en el material, concentración de

esfuerzos, incrustacionesF. Niveles de aceite en el momento de la fallaG. Presencia de oxidación, colores de temperatura o productos de

corrosiónH. Presencia de peligros secundarios no relacionados con la falla

principalI. Datos que pueda suministrar el operario de la maquina


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5. Recopilación de información

A. Nombre de la pieza, identificación, propietario, usuario, fabricante

B. Función que cumpleC. Datos de la historia de servicioD. Opinión de los operarios que la han utilizadoE. Materiales utilizados en la fabricaciónF. Proceso de manufactura y métodos de fabricaciónG. Tratamientos térmicos aplicadosH. Lubricantes utilizados


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5. Recopilación de información

I. Documentación de los estándares y técnicas usadas en la inspección

J. Fecha y tiempo de falla con temperatura y condiciones ambientales

K. Documentación de los estándares de diseño y cálculos modificados en el diseño

L. Conjunto de planos, incluyendo cualquier modificación hecha al diseño en la manufactura o durante el montaje.


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6. Inspección de la falla

Para hallar el origen de una falla se debe tener un amplio conocimiento sobre:

A. Los tipos de fallasB. La influencia cinemática en el origen de las fallas.

Las observaciones hechas aquí se deben complementar con mediciones, dibujos, esquemas o fotografías. Con frecuencias es necesario efectuar ensayos no destructivos (rayos X, ultrasonido, megaflux, líquidos penetrantes)


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A simple vista observar:Amplitud de las zonas marcadas en la superficieTextura de la superficie de fallaPresencia de grietas o focos de fracturasOtras observaciones (entallas, manchas …)

Examen macroscópico


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Examen microscópico

DeterminarMicroestructura del materialPresencia de elementos extrañosExistencia de discontinuidades Tratamientos térmicos mal ejecutadosPresencia de concentradores de esfuerzosPresencia de microgrietas


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7. Análisis de la información

A. Plantear una hipótesisB. Contrastar con los datos de la fallaC. Analizar opiniones de expertosD. Dar soluciones para cada casoE. Implementar correcciones necesarias


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8. Reporte de la falla

A. Evitar comentarios o conjeturas no técnicasB. Tener en cuenta opiniones de los operariosC. Incluir la solución del problemaD. Hacer recomendaciones para evitar futuras

fallas


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9. Conclusiones

Las fallas dejan pistas para encontrar su origenEl diseñador y el ingeniero de mantenimiento deben conocer la teoría de fallas para interpretar adecuadamente estas pistasEl ingeniero de mantenimiento debe conocer el funcionamiento cinemática de los elementos de las maquinasToda maquina tiene unos niveles normales de ruido, vibración y temperaturaEs necesario entrenar a los operarios para que den aviso cuando estos niveles se modifiquen: ¡Es el primer aviso de una falla futura!Antes de reemplazar una pieza que ha fallado se hace un minucioso análisis para determinar las causas que la originaron y aplicar los correctivos del caso.

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