Informe1_g2_analisis De Fallas

Universidad Técnica Federico Santa María Ciencia de Materiales Análisis de Falla

"PRIMER TRABAJO DE ANALISIS DE FALLA"

Profesor Juan Basualto

Integrantes Pedro Vega Mauricio Narvaez Cristian Toledo

Valparaíso, miércoles 06 de septiembre del 2006.

Índice 1. Diseño 2. Selección de material 3. Defectos del material 4. Deficiencias en procesos adaptivos – Tratamiento Térmico 4.1. Perturbaciones en el estado de esfuerzos internos 4.2 Defectos de forma y/o dimensionales 4.3 Alteraciones en la composición del material 4.4 Métodos de Procesamiento inadecuado 4.5 Especificaciones incompletas y ambiguas 4.6 Deficiencias en procesos adaptivos – Soldaduras 4.7 Falla por Deformación en frío 5. Errores de montaje 5.2 Errores no detectados en procesos de inspección 5.3 Modos de falla en componentes estructurales 5.4 Problemas de montaje y balanceo 5.5 Descripción de algunas fallas de Montaje - Problemas de montaje en Bomba Centrífuga 5.6 Rodamientos 6. Condiciones inadecuadas de servicio 6.1 Desgaste 6.2 Corrosión 6.3 Ambientes agresivos, contaminación y suciedad. 6.4 Fragilización por contacto Metal Líquido 6.5 Falla a temperatura elevada.

4. Deficiencias en procesos adaptivos – Tratamientos Térmicos Introducción El tratamiento térmico es un tipo de procedimiento que tiene por objeto mejorar las propiedades y características de los materiales. Consisten en calentar y mantener los componentes a tratar, a temperaturas adecuadas durante un tiempo determinado y enfriarlas posteriormente bajo condiciones convenientes. El tiempo y la temperatura son factores principales y es necesario fijarlos previamente de acuerdo al tipo de material que conforma el componente, su forma, tamaño y las características que se desean obtener. La mayor parte de las fallas que ocurren en componentes de un equipo específico y que además son atribuibles a tratamientos térmicos, desde ahora denotados TT, se deben tanto a la deficiente práctica, procedimientos erróneos y la poca rigurosidad con que se siguen las especificaciones en su desarrollo[1]. Veremos las fallas que ocurren en procesos adaptivos, los cuales en muchas ocasiones pueden ser evitados, y también veremos los defectos que provocan estas fallas en los procesos adaptivos. Defectos atribuibles a procesos adaptivos Defectos atribuibles a procesos adaptivos hace referencia a la razón específica del porqué un componente falla. Los tratamientos térmicos, en algunos casos, pueden dejar como consecuencia de su aplicación esfuerzos residuales en los materiales, grietas de temple y deformación o distorsión de los elementos (pieza útil). 4.1. Perturbaciones en el estado de esfuerzos internos 4.1.1. Esfuerzos residuales Los esfuerzos residuales, denotados por simplicidad ER, se definen como el auto-equilibrio interno o como los esfuerzos remanentes dentro de un componente sobre el cual no se encuentra aplicada una fuerza externa. En TT los ER pueden ser ocasionados por gradientes térmicos con o sin la combinación de cambios estructurales (cambios de fases). Existen 2 tipos de ER.: macro-esfuerzo residual y micro-esfuerzo residual, cuya diferencia radica en su escala de acción dentro del material. Así, por ejemplo, los microesfuerzos residuales actúan a nivel de la estructura cristalina y los macro-esfuerzos residuales a nivel de granos. Por lo general solamente se hace referencia a los macro-esfuerzos residuales. Los ER se generan principalmente por expansiones o contracciones térmicas, por diferencias entre los coeficientes de expansión térmica α de las distintas fases presentes en la estructura, cambios en la densidad durante transformaciones de fases El efecto principal de los ER incluye cambios dimensionales y cambios en la resistencia a la iniciación de la grieta (nucleación). En términos de la resistencia a la nucleación de las grietas, estos pueden beneficiar o perjudicar su aparición dependiendo del tipo de ER que se encuentra en el material, pudiendo ser estos de tensión o compresión. Los ER son beneficiosos cuando son paralelos a la dirección de aplicación de la carga y de signo contrario. Los TT de endurecimiento superficial, carburización y nitruración usualmente producen ER de compresión y los TT incorrectamente aplicados producen ER de tracción. En términos de los cambios dimensionales (distorsiones), estos se producen cuando el componente es mecanizado para eliminar cierta porción del material. El cuadro siguiente muestra el TT de temple en agua de una barra de 100 [mm] de diámetro desde una temperatura de 850 º C.

Se observa que al tiempo w, la diferencia de Temperatura en la superficie (S) y el centro (C) es máxima. En este tiempo la diferencia de volumen debido a la expansión térmica también es máxima. Se muestra además los esfuerzos térmicos[2] que se producen en función del radio y el tiempo transcurrido. Finalmente se muestra la distribución de esfuerzos después de completado el TT. 4.1.2. Grietas de Temple Grietas de temple en aceros son el resultado de los esfuerzos producidos durante la transformación austenita-martensita que es acompañada por un aumento en volumen. Como es sabido que la fase martensita presenta alta dureza y baja ductilidad. Cuando un elemento fabricado con un acero altamente endurecible es templado, la martensita se forma en la superficie más externa del componente que es la primera en alcanzar la temperatura Ms. A medida que el enfriamiento continua y el centro de la pieza alcanza la temperatura Ms la expansión volumétrica que acompaña la formación de esta nueva martensita esta restringida por la martensita formada previamente. Como resultado de este tipo de expansión se observan esfuerzos internos de tensión. El agrietamiento ocurre cuando estos esfuerzos internos superan los valores de resistencia a la tracción de la martensita formada. Las grietas de temple poseen características que las hacen reconocibles a la inspección experta. Primero la fractura crece desde la superficie del componente en dirección al centro de este, por lo general en línea recta. Segundo como las grietas de temple ocurren a baja temperatura (relativa a la Tº inicial) la grieta no muestra ocurrencia de decarburización cuando es observada microscópicamente. Finalmente la superficie de fractura exhibe una textura finamente cristalina. Una concepción común y errónea es que las grietas de temple se forman solamente durante el proceso de temple, cuando verdaderamente las grietas de temple pueden formarse después de horas, días e incluso semanas de aplicado el TT. → Importancia del Revenido!!!

4.1.3. Fragilización por revenido 4.1.3.1 Fragilidad en el revenido en la zona 250° C a 400° C Cuando se efectúa el revenido de algunas clases de aceros, en la zona comprendida entre 205? y 400° C, se ha observado experimentalmente una disminución de tenacidad. Esta fragilidad se inicia en el comienzo de la tercera etapa del revenido (200 y 350 º C) y se produce cuando la cementita forma una red o película que envuelve a las agujas de martensita. La fragilidad es máxima cuanto mayor es la continuidad de esa red de cementita. Al aumentar la temperatura esta cementita tiende a coalescer por lo que la red tiende a desaparecer, con el consiguiente aumento de tenacidad. Por presencia de cantidades de Silicio entre 0.5% y 2% la zona de fragilidad tiende a desplazarse a temperaturas del orden de 300° C a 500° C. 4.1.3.2 Fragilidad del revenido (Krupp) Es muy conocido el clásico fenómeno de fragilidad que se presenta en el revenido de los aceros cromo – níquel y en algunas otras clases de aceros. A este fenómeno se le conoce como fragilidad de revenido o fragilidad Krupp, y se presenta cuando después del temple, el acero permanece bastante durante bastante tiempo en la zona de temperaturas comprendidas entre 450° C y 550° C. No se conocen bien las causas que producen esta fragilidad, que no va acompañada de cambios de dureza, volumen o propiedades magnéticas que podrían ayudar a entender este fenómeno, ni se observan tampoco en el examen microscópico grandes modificaciones de estructura, siendo el ensayo Charpy, el único que acusa su existencia. Para explicar este fenómeno algunos autores [3] han mostrado que los aceros fragilizados muestran alguna clase de precipitado en los bordes de grano que causaría una debilitación intergranular. El hecho importante es que los materiales fragilizados durante el revenido muestran un aumento en su TTI (Temperatura de transición de impacto) que está acompañado por un cambio gradual en el modo de fractura frágil que este experimenta, desde completamente transgranular a intergranular. 4.2. Defectos de forma y/o dimensionales 4.2.1 Distorsión en TT Distorsión se define como el cambio irreversible y generalmente imprevisto en un componente sometido a TT. El cambio recién mencionado se refiere tanto a cambio en la forma como en las dimensiones del componente y es una de las problemática más difíciles de controlar en la industria. El cambio irreversible del componente se produce por la presencia de esfuerzos que sobrepasan el límite elástico del material o por cambios en la microestructura. Estos cambios dimensionales pueden ser corregidos por la aplicación de procedimientos mecánicos de extracción del material sobrante, o por la redistribución de los esfuerzos residuales a partir de la aplicación de recocidos o revenidos. En casos en que la distorsión es excesiva o en aplicaciones en las cuales los cambios dimensionales no están permitidos, los componentes distorsionados simplemente deben descartarse. Clasificaremos las distorsiones por TT en dos clases: distorsiones de tamaño producidas por transformaciones de fases en el material, y distorsiones en la forma del componente. a) Cambios dimensionales producto de transformaciones de fases: · Austenización: Cuando un acero recocido, es calentado desde temperatura ambiente hacia temperaturas sobre Ac1, ocurre en el material expansión térmica en combinación con un cambio de estructura cristalina desde BCC a FCC que produce una contracción del material. La contracción volumétrica experimentada por la transformación es proporcional al contenido de carbono en el acero. · Endurecimiento: Cuando austenita es enfriada rápidamente, dando paso a austenita? se produce una expansión volumétrica que es inversamente proporcional al contenido de carbono del acero. La expansión volumétrica asociada a la transformación austenita-martensita es de 4,1 y 3,84 % para contenidos de carbono de 1 y 1,5%. Las expansiones volumétricas en la transformación austenitaperlita en los mismos % C son de 2,4 y 1,33%. La figura siguiente muestra la expansión lineal de perlita y martensita en función de la temperatura para acero templado en agua. [4]

· Revenido: Existe una correlación entre la temperatura de revenido y el cambio volumétrico. El revenido reduce el volumen de la martensita, pero no lo logra completamente. Durante las primera y tercera etapa del revenido la disminución de volumen está asociada a la descomposición de la martensita de alto %C a martensita de bajo %C más carburos ε. La primera etapa corresponde a temperaturas entre 20 y 100 ºC en la cual la difusión de C hacia dislocaciones e interfase martensita es de corto alcance. La tercera etapa corresponde a temperaturas entre 200 y 350 º C donde se produce la transformación de la austenita retenida a ferrita y cementita.

b) Distorsiones en la forma/tamaño del componente: · Distorsiones de tamaño: En la tabla 8 se muestran los cambios dimensionales producidos en algunos aceros HSS durante TT de temple y revenido[5].

Tabla 7 muestra las fracciones volumétricas comunes de los aceros HSS anteriores

· Cambios de forma en componentes: Ocurre por lo general en componentes no simétricos durante la aplicación de TT. Ocurre por lo general bajo las siguientes condiciones: Calentamientos (o sobrecalentamientos) y enfriamientos violentos, calentamientos y enfriamientos no uniformes. Es por esta razón que se sugiere realizar precalentamientos previo a la austenización. También estos cambios en la forma del componente se debe a esfuerzos residuales presentes antes del TT y la aplicación de esfuerzos externos durante la aplicación del TT. Existen ciertas geometrías que son susceptibles a sufrir cambios en su forma al aplicar TT, por ejemplo chapas delgadas de gran área (> A=50t, A:área, t:espesor), o componentes esbeltos (>L=5d, L:largo, d:diámetro) para temple en agua.

4.3. Alteraciones en la composición del material 4.3.1. Fracturas debido a cambios en la composición química: Leves cambios en la composición química de distintas zonas de un mismo componente, por ejemplo un acero endurecible por TT, produce respuestas distintas para cada zona, dejando posiblemente zonas de baja resistencia en comparación con el resto del elemento, incluso aunque las especificaciones hayan sido cumplidas. Claramente este problema no surge directamente del proceso de TT, pero si corresponde a una falla inherente al proceso. Fallas en procesos adaptivos 4.4.Métodos de Procesamiento inadecuado 4.4.1. Sobrecalentamiento en aceros de baja aleación Al realizar un calentamiento a muy altas temperaturas (T>1400 ºC) previo a realizar trabajo en caliente, ocurre fusión localizada en los bordes de grano austeníticos. Al bajar la temperatura del elemento (enfriamientos), se obtiene como resultado la fragilización de los bordes de grano. Posteriores tratamientos térmicos, derivan en bajas resistencias al impacto (Tenacidad) y en ocasiones, fracturas frágiles intergranulares. Sobrecalentamiento durante la austenización permite que los granos austeníticos aumenten de tamaño (crecimiento de grano). Los granos de tamaño mayor (con respecto a los iniciales de tamaño menor) poseen menor dureza y son inherentemente más propensos al agrietamiento por temple. También presentan efectos negativos frente a la resistencia a la fatiga por la misma razón. 4.4.2. Enfriamientos no uniformes con altas velocidades de enfriamiento Enfriamientos no uniformes, en los componentes sometidos a TT, influyen notoriamente en la promoción de la formación de grietas de temple. Enfriamientos no uniformes hace referencia al desigual enfriamiento de los diferentes puntos de las piezas de aceros. Estas diferencias en el enfriamiento del componente, crea esfuerzos internos que generan las llamadas grietas de temple. 4.5. Especificaciones incompletas y ambiguas 4.5.1. Medio de temple inadecuado El uso de un medio de temple demasiado agresivo (altamente templable), deja como resultado una alta penetración de temple. La selección de un medio de temple adecuado es un factor importantísimo para le prevención de las grietas de temple. Los medio de temple más utilizados corresponden a soluciones cáusticas, agua, aceites y aire, siendo las soluciones cáusticas las mas agresivas y el aire la menos agresiva. La selección del medio de temple adecuado se realiza considerando los siguientes puntos: (a) La dureza y propiedades mecánicas requeridas por el componente para lograr su correcta operación o aumentar su vida en servicio. Esto esta determinado por una microestructura determinada. (b) La selección del tipo de acero que se utilizará para la fabricación del componente, quien inherentemente proporciona el tipo de TT para asegurar las propiedades deseadas. (c) El diseño del componente en relación al endurecimiento y su procesamiento después del TT El medio de temple se elige en base a su capacidad para lograr proporcionar la microestructura deseada según los requerimientos de propiedades que necesita el componente.

4.5.2. Fallas en fatiga debido a TT Los TT, por lo general, aumentan la resistencia a la fatiga, ya que correspondientemente aumenta la resistencia mecánica del material. En aceros, los que poseen la mayor resistencia a la fatiga son los aceros templados y revenidos y los más pobres en esta propiedad son aquellos que poseen mezclas de estructuras, como los formados por perlita gruesa, ferrita libre, austerita retenida y segregaciones de carburos. Al realizar un TT deficiente o no regido por las especificaciones, el resultado final no será el esperado, pudiendo encontrarse estos problemas en loa resistencia a la fatiga. Por ejemplo, descarburización, el material queda con una menor resistencia y propenso a fallar por fatiga. 4.5.3. Falta o retardo de revenido en componentes templadas Después de realizado el temple, en el medio de temple adecuado, el componente debe ser sometido a un TT de revenido, para así lograr aliviar las tensiones internas (esfuerzos residuales) que fueron formados durante el temple. El retardo o ausencia de revenido posterior al temple expone al componente a la nucleación de grietas de temple. Otras, asociadas a temperaturas elevadas: Oxidación, ...

???

[1] Para la construcción de especificaciones y procedimientos consultar ASM HANDBOOK, HEATH TREATING, VOL 4 [2] Esfuerzos térmicos hipotéticos [3] J.B. Cohen, A. Hurlich y M. Jacobson, TRANSACTION, ASM, Vol 39, 1947, p 109 [4] Valores solamente para comparación. [5] Esta tabla provee valores comparativos en una dirección. Esta información no puede ser utilizada en forma solitaria para predecir factores predictivos sobre cambios de forma

4.6 Fallas en soldadura. Se pueden dividir en dos tipos de falla (Defectos?). Las que se pueden detectar por inspección y aquellas que ocurren en servicio. El origen de una falla puede estar en algunas de las causas estudiadas!!! DEFECTOS Las detectables por inspección son aquellas que son visibles desde la superficie o detectables mediante ensayos no destructivos. Las causas de fallas detectables incluyen: • mala alineación en la junta • excesiva concavidad, convexidad • grietas (en frío o en caliente) longitudinales y transversales, cráteres • fusión incompleta • arco desviado • porosidad • socavados • salpicadura Causas de fallas sub-superficiales. • grietas • porosidad • inclusiones • fusión incompleta • penetración inadecuada Todos estos defectos pueden conducir a la falla de una unión soldada, al igual que diversos otros factores! La falta de resistencia de una unión soldada también puede ser causa de falla. Esta es evaluada mediante

los métodos dictados por la norma ANSI/AWS B4.0-85 “Método estándar para el ensayo de uniones soldadas”. Una ejecución deficiente, una incorrecta selección del procedimiento o del metal de aporte cuentan entre las más frecuentes causas de fallas. Otras razones son: • diseño de junta inapropiado • tamaño incorrecto de la soldadura • aporte de energía inapropiado • post y precalentamiento incorrecto • falla de montaje (alineación) • material base incorrecto • segregación del material y fragilización • gradientes de temperatura desfavorables en la ZAT o soldadura. • altos esfuerzos residuales • condiciones de operación anormales. 4.6.1 Origen de las fallas en soldadura al arco Ciertas discontinuidades que sirven como origen a las fallas son particulares del proceso de soldadura al arco, pero en general cualquier proceso que implique fusión del metal base (welding) presenta este discontinuidades que pueden variar en su origen pero que tienen las mismas consecuencias. La importancia de la discontinuidad como iniciador de falla depende fuertemente de su ubicación (superficial o sub-superficial) y de factores geométricos. Tienen un efecto moderado sobre la resistencia a la fatiga las inclusiones de escoria, porosidades, falta de llenado (ó sobrellenado) del espacio entre material base ó discontinuidades similares para ser clasificados como causas potenciales de fractura. Es mucho más considerable el efecto causado por las grietas producidas en caliente o en frío (inducidas por hidrógeno) y morfologías aciculares ya que actúan como fuertes concentradores de esfuerzos. Las grietas en caliente y las morfologías aciculares pueden detectarse inmediatamente después de la soldadura, mientras que las grietas en frío inducidas por hidrógeno tardan en presentarse. Por esta razón se recomienda realizar las inspecciones 48 horas después de la soldadura.

4.6.2 Porosidad Producidas durante soldadura al arco, se pueden agrupar en 3 categorías; aisladas, lineales y agrupadas. Porosidad aislada es causada por un fenómeno similar a la ebullición cuando la potencia del arco es demasiada elevada. Porosidad lineal o agrupada resulta de la interacción de los compuestos del gas protector; como el oxigeno, hidrógeno o dióxido de carbono con el metal en estado liquido. La porosidad agrupada también se puede formar cuando la cobertura del gas protector es inadecuada o la soldadura se hace sobre metal húmedo. El oxido presente en el metal base es fuente de humedad. Esta humedad puede ser absorbida en forma de vapor o como hidrógeno tras la disociación de la molécula por el arco eléctrico.

4.6.3 Oxidación En soldadura con atmósfera controlada solo ocurre cuando la protección es inadecuada, por ejemplo el titanio y el tungsteno son suficientemente reactivos para necesitar protección por las dos caras soldadas además de la protección del electrodo. Esto a fin de evitar la fragilidad causada por contaminación por oxigeno o nitrógeno tanto de la soldadura como de la ZAT.

4.6.4 Formación de compuestos Otro efecto del material de protección puede ser la formación de compuestos, tal como óxidos o nitruros. Formados en la zona fundida por reacciones con impurezas tal como oxigeno o nitrógeno en el gas protector. Tales compuestos han demostrado disminuir la tenacidad de la soldadura en comparación con soldaduras hechas con una atmósfera protectora sin impurezas.

4.6.5 Grietas en caliente, o fallas de solidificación. Puede ser causada por el diseño de la junta y las restricciones impuestas a la soldadura. Sin embargo son causadas frecuentemente por la presencia de fases con bajo punto de fusión que extienden el rango de temperaturas a las cuales la zona fundida se encuentra en estado pastoso y poco resistente a los esfuerzos. Estas fases en los aceros son comúnmente constituidas por sulfuros o fosfuros y elementos como el cobre que pueden estar segregados en el borde de grano y causando que este ultimo falle bajo los esfuerzos causados por la contracción volumétrica durante la solidificación.

4.6.6 Grietas en frío, o fallas por hidrógeno Ocurre una vez finalizada la soldadura. En los aceros la fragilidad en frío depende de la presencia de esfuerzos, una micro estructura proclive e hidrógeno disuelto. Los esfuerzos pueden provenir de restricciones impuestas por otras partes de la soldadura o por la contracción volumétrica. La susceptibilidad de una estructura a fallar por hidrógeno de la solubilidad y la posibilidad de saturación. La austenita donde el hidrógeno tiene alta solubilidad es menos susceptible a las fallas por H. La martensita donde el H es poco soluble se encontrara más probablemente en sobresaturación debido a la velocidad en que esta se forma. La presencia del H en la soldadura se debe principalmente a la presencia de humedad disociada por el arco eléctrico en hidrógeno elemental y disuelto inicialmente en el metal liquido para luego difundir en al ZAT. El H difunde preferentemente en regiones de altos esfuerzos, donde se inician las grietas. Después de iniciadas las grietas sigue la difusión del H hacia las zonas de altos esfuerzos, lo que tiene como resultado la propagación de la grieta. Este comportamiento es la razón de la dependencia del tiempo de las fallas por H. Debido al tiempo necesario para la difusión del H las grietas detectables pueden aparecer después de cualquier inspección. La solución para este problema es evitar la presencia de humedad, oxido, aceites o cualquier fuente de hidrógeno o hidratos. Pre calentar y post calentar para disminuir los esfuerzos residuales y promover la eliminación del H por difusión.

4.6.7 Contorno de la soldadura Incluyendo sobre monta, resultante de un metal demasiado frío para la fusión o demasiado caliente haciendo que el metal líquido solidifique después de rebalsar. Un socavado se debe a una corriente de soldadura demasiado alta o una velocidad de pasada demasiada baja. Un cordón con una corona muy alta y aguda se debe a una corriente muy baja o una velocidad de pasada muy alta.

4.6.8 Fragilización Se usa el pre y post calentamiento para aliviar las tensiones internas y eliminar el hidrógeno. Sin embargo se debe cuidar las temperaturas alcanzadas durante esos tratamientos ya que podemos fragilizar los aceros de forma involuntaria.

4.6.9 Penetración inadecuada y fusión incompleta. Usualmente este problema resulta de un montaje inadecuado, un diseño del bisel o un procedimiento incorrecto. Estos problemas suelen ser críticos porque además de disminuir el área transversal del material las discontinuidades pueden resultar concentradoras de esfuerzos casi tan eficaces como las grietas.

4.6.10 Arco desviado o “llamarazos”. Puede causar daños notables a muchos metales. Pueden resultar del contacto involuntario entre el electrodo y la pieza pero también por una mala conexión del cable a tierra o del soporte. Un llamarazo proviene de una manipulación descuidada de una antorcha de corte. Ambas situaciones son relevantes cuando se trata de un acero templable y obtenemos una condición térmica indeseada y localizada

4.7

PERTURBACIONES EN EL ESTADO DE ESFUERZOS INTERNOS

A qué proceso está asociado todo esto??? A uno en particular??? A todos??? A diseño??? Otros ??? FALLA POR ESFUERZO NORMAL MÁXIMO La falla por esfuerzo normal máximo ocurre si los esfuerzos normales principales exceden el esfuerzo normal principal que da lugar a la falla en la prueba uniaxial simple.

Figura Nº 1

Los planos donde se producen τmx,mn están a 45º respecto a la dirección Z, dirección donde se verifica el valor máximo para σ. Aquí es interesante introducir como rompen los materiales de comportamiento frágil o dúctil sometidos a estos tipos de esfuerzos y cuando estos últimos resultan “estáticos”. En los materiales de comportamiento frágil, cuando los mismos son traccionados, la rotura se produce en un plano normal a la dirección de la solicitación y sin deformación apreciable del material.

En cambio, los materiales de comportamiento dúctil, si los mismos son traccionados, se alargan en forma bien visible, “achicando” alguna de sus secciones transversales, para luego “cortarse” sobre un cono a 45º y romper finalmente según un plano normal a la dirección de la carga. El “corte” del material según el cono, se debe a las tensiones tangenciales τmx,mn y según el plano normal, como los materiales de comportamiento frágil, por las tensiones normales . En esta última etapa, rompe por tensiones normales, debido a la fragilización del material por causa de la deformación en frío que ha sufrido previamente.

Los planos donde se “ubican” las máximas tensiones normales (tensiones principales) σ1,2 están a 45º de aquellos donde se ubica τxy, esto es a 45º con el plano XY.

1.1TEORÍA DE FALLA DE LA MÁXIMA TENSIÓN NORMAL: Esta teoría predice que la falla de un cuerpo se produce, cuando la máxima tensión principal (σ1,2) que alcanza, en el seno de sí mismo y para el particular estado de tensiones al que se encuentra sometido, iguala el valor de la tensión normal de falla que se establece en ensayos a la tracción simple con el mismo material con que está construido el cuerpo en cuestión. Conforme esta teoría entonces y siendo Sfe la tensión normal admisible a la falla estática, establecida en ensayos a la tracción simple, el cuerpo no fallará, si la máxima σ1,2 que se produce en su seno cumple con:

1.2 TEORÍA DE FALLA DE LA MÁXIMA TENSIÓN TANGENCIAL: Esta teoría predice que la falla de un cuerpo, se produce cuando la máxima tensión tangencial máxima (τmx) que alcanza, en el seno de sí mismo y para el particular estado de tensiones al que se encuentra sometido, iguala el valor de la tensión tangencial de falla que se establece en ensayos a la tracción simple con el mismo material con que está construido el cuerpo en cuestión. Conforme esta teoría entonces y siendo Ssfe = (Sfe / 2) la tensión tangencial admisible a la falla estática, establecida en ensayos a la tracción simple, el cuerpo no fallará si la máxima τmx que se produzca en su seno cumple con:

2. DEFECTOS DE FORMA Y/O DIMENSIONES. Cuando a un cubo elemental se le aplica tensiones, tangenciales y / o normales, se le aplica un “trabajo de deformación” siendo el mismo absorbido por el elemento. Dicho trabajo de deformación se compone de un trabajo de variación de volumen y de un trabajo de distorsión (de variación de forma). 2.1 Teoría de la falla de la máxima Energía de Distorsión: Un elemento fallará cuando la máxima tensión σ‘, llamada tensión de Von Mises, que se establezca en alguno de sus puntos, alcanza la tensión normal de falla Sfe que se defina con el mismo material, en ensayos a la tracción simple. Y esto pasa en los procesos o son criterios de Diseño???

1.3 Grietas. Esto se hace especialmente evidente en la falla por fatiga de los materiales. En el cual una grieta se propaga mediante la aplicación de cargas cíclicas. Las primeras grietas microscópicas aparecen en las bandas de deslizamiento, en cristales desfavorablemente orientados cuya orientación es tal que las bandas de deslizamiento coinciden con los planos de corte máximos. Las grietas microscópicas crecen en estos planos que incluyen todos los planos a 45° al eje de la pieza. Las fisuras comúnmente se originan en más de uno de estos planos. La intersección y unión de varias de estas fisuras produce una fisura en zigzag, cuya dirección es a ángulos rectos al eje de la pieza. El gradiente de tensiones hace que la grieta se propage 1.4 Defectos superficiales

Dichos defectos representan un concentrador de tensiones que hace que la pieza ceda antes la aplicación de esfuerzos.

Esto es Análisis de Esfuerzos! Dónde se analiza la posibilidad de falla por deficiencias en procesos de Forja, Laminación, Trefilación, Extrusión, ... Procesos en Frío, en Caliente, ... ???

5. ERRORES DE MONTAJE 5.1 INTRODUCCIÓN En general los errores en montaje se pueden agrupar en 5 clases, las cuales son: ERRORES DE MONTAJE

Errores no detectados en los procesos de inspección

Uniones defectuosas de componentes estructurales

Especificaciones de montaje incompletas o ambiguas

Negligencias operacionales de todo tipo

Problemas de alineamiento y balanceo

Dónde está el mantenimiento en los cuadros anteriores??? 5.2. Errores no detectados en procesos de inspección del Montaje??? 5.2.1 Mantenimiento ??? Se está hablando de Inspección??? Se supone que se mantiene lo que ya está, no lo que se está "montando" o iniciando! El objetivo de los mantenimiento, está relacionada muy estrechamente a la prevención de accidentes y lesiones en el trabajador ya que tiene la responsabilidad de mantener en buenas condiciones, la maquinaria y herramienta, equipo de trabajo, lo cual permite un mejor desenvolvimiento y seguridad evitando en parte riesgos en el área laboral. Lo clasificamos dentro de los procesos de inspección del equipo. El mantenimiento representa un arma importante en seguridad laboral, ya que un gran porcentaje de accidentes son causados por desperfectos en los equipos que pueden ser prevenidos. También el mantener las áreas y ambientes de trabajo con adecuado orden, limpieza, iluminación, etc. es parte del mantenimiento preventivo de los sitios de trabajo. El mantenimiento no solo debe ser realizado por el departamento encargado de esto. El trabajador debe ser concientizado a mantener en buenas condiciones los equipos, herramienta, maquinarias, esto permitirá mayor responsabilidad del trabajador y prevención de accidentes. Objetivos del Mantenimiento · Optimización de la disponibilidad del equipo productivo.

Cae dentro de Condiciones de Servicio. Para que éstas sean adecuadas el mantenimiento también lo debe ser.

· Disminución de los costos de mantenimiento y reparación. · Optimización de los recursos humanos. · Maximización de la vida de la máquina. · Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los equipos. · Disminuir la gravedad de las fallas que no se lleguen a evitar.

· Evitar detenciones inútiles o para? de máquinas. · Evitar incidentes? y aumentar la seguridad para las personas. · Alcanzar o prolongar la vida útil de los bienes..

Decimos que algo falla cuando deja de brindarnos el servicio que debía darnos o cuando aparecen efectos indeseables, según las especificaciones de diseño con las que fue construido o instalado el bien en cuestión. · Tipos de Mantenimiento

Mantenimiento

Usuario

Correctivo

Preventivo

Predictivo

o Mantenimiento para Usuario En este tipo de mantenimiento se responsabiliza del primer nivel de mantenimiento a los propios operarios de máquinas. Es trabajo del departamento de mantenimiento delimitar hasta donde se debe formar y orientar al personal, para que las intervenciones efectuadas por ellos sean eficaces. o Mantenimiento correctivo Es aquel que se ocupa de la reparación una vez que se ha producido el fallo y el paro súbito de la máquina o instalación. Dentro de este tipo de mantenimiento podríamos contemplar dos tipos de enfoques: o Mantenimiento Preventivo Este tipo de mantenimiento surge de la necesidad de rebajar el correctivo y todo lo que representa. Pretende reducir la reparación mediante una rutina de inspecciones periódicas y la renovación de los elementos dañados, si la segunda y tercera no se realizan, la tercera es inevitable. o Mantenimiento Predictivo Este tipo de mantenimiento se basa en predecir la falla antes de que esta se produzca. Se trata de conseguir adelantarse a la falla o al momento en que el equipo o elemento deja de trabajar en sus condiciones óptimas. Para conseguir esto se utilizan herramientas y técnicas de monitores de parámetros físicos.

5.3 MODOS DE FALLA EN COMPONENTES ESTRUCTURALES Por qué los tratan acá, se producen en el Montaje??? 5.3.1 Definición

Definimos como elemento estructural a cualquier elemento o componente cuya función esencial sea la transmisión de esfuerzos mecánicos o la retención de fluidos a presión. Esta definición es muy general e incluye por ejemplo desde una biela en un motor de combustión interna hasta una tubería de presión para conducción de fluidos a larga distancia. Es necesario tener en cuenta que si bien la función primaria de un elemento estructural es la transmisión de esfuerzos o la retención de presión, existirán en general requerimientos adicionales que el elemento deberá satisfacer. Por ejemplo, el elemento puede tener que cumplir su función en un ambiente químicamente agresivo o a alta temperatura, bajo condiciones de desgaste abrasivo o bajo flujo neutrónico, etc. Estos requerimientos limitan en general el rango de materiales que será posible emplear para cumplir la función estructural primaria. Definiremos como falla de un elemento estructural a cualquier situación que impida que el elemento cumpla su función de transmisión de esfuerzos o de retención de presión como se encuentra previsto en el diseño del elemento es decir la falla se produce cuando el elemento se torna incapaz de resistir los esfuerzos previstos en el diseño. Esta definición es muy general e implica por lo tanto situaciones muy diversas. Por ejemplo, la presencia de defectos en una soldadura de una tubería que impide que la misma opere a la presión de diseño, constituye una condición de falla. Un álabe de una turbina falla si el álabe se rompe o se deforma excesivamente. Es interesante e ilustrativo observar que la estadística mundial de grandes fallas en servicio que se muestra en la Tabla 1.1 nos dice que más del 60% de las mismas corresponden a sistemas de tuberías, tanques y reactores. Obviamente una de las razones de esta elevada proporción es que estos componentes son los más comúnmente empleados en las industrias de proceso, pero una segunda razón la constituye el hecho de que estos elementos comparten el atributo de representar contenedores de presión. Ahora bien, una característica de todo recipiente o contenedor de presión es que el mismo se encuentra sometido a un estado esencialmente uniforme de tensiones. En otras palabras, las tensiones varían poco de un punto a otro del elemento. Esto implica que si en un punto del elemento se inicia una rotura, la misma tenderá a propagarse a lo largo del componente siendo muy baja la probabilidad que se den las condiciones para una interrupción de esta propagación. A esta circunstancia, se suma el hecho que en general los contenedores de presión son de geometría simple que permite un cálculo preciso de las tensiones actuantes, lo que reduce la incertidumbre en el dimensionamiento de las secciones resistentes. Esto permite emplear mayores tensiones de diseño que en otros elementos estructurales donde el conocimiento de las tensiones actuantes es menos preciso. ¿Fallas en Servicio? Puede ser, pero se está desarrollando el tema de fallas atribuibles a "Errores de Montaje!!! Esto es válido para todo el punto 5.3. En realidad el 5.2, Mantenimiento, tampoco corresponde a Montaje.

Debe tenerse en cuenta que:  L  os componentes estructurales en general y los fabricados por soldadura en particular pueden

experimentar fallas en servicio de distintos tipos.  A  veces estas fallas en servicio adquieren características catastróficas.  La presencia de defectos en las uniones soldadas son muchas veces la razón de que se produzca

una falla en servicio.  L  a naturaleza de la discontinuidad que corresponde al defecto, determina en general para

condiciones de servicio dadas, el tipo de falla que puede favorecer.  A veces las fallas en servicio no obedecen a falencias de diseño sino a factores extrínsecos

introducidos durante la fabricación del componente, particularmente a través de las operaciones de soldadura.

5.3.2 Fatiga en Componentes estructurales El fenómeno de fatiga es considerado responsable aproximadamente de más del 90% de las fallas por rotura de uniones soldadas y precede muchas veces a la fractura rápida. Una discontinuidad que actúa como concentrador de tensiones puede iniciar bajo cargas cíclicas una fisura por fatiga que puede propagarse lentamente hasta alcanzar un tamaño crítico a partir del cual crece de manera rápida pudiendo conducir al colapso casi instantáneo de la estructura afectada. En presencia de cargas fluctuantes, en el vértice de discontinuidades geométricas más o menos agudas se produce un fenómeno de deformación elasto-plástica cíclica a partir del cual se produce la iniciación de la fisura por fatiga. La condición superficial y la naturaleza del medio cumplen un rol importante sobre la resistencia a la fatiga, esto es sobre el número de ciclos necesarios para que aparezca la fisura. Desde un punto de vista ingenieril, cuando la fisura adquiere una longitud de aproximadamente 0.25 mm se acepta habitualmente que se ha completado la etapa de iniciación. A partir de ahí se considera que se está en la etapa de extensión o de crecimiento estable que eventualmente culmina en la rotura repentina de la sección remanente. Estas cosas ocurren en el Montaje??? 5.3.3. Modos de Falla en Componentes Estructurales Una vez iniciada la fisura, la misma continuó creciendo progresivamente por fatiga bajo los sucesivos ciclos de carga hasta que la sección resultó incapaz de soportar la carga lo que condujo a la rotura final del eje. Las sucesivas posiciones de la fisura durante su crecimiento lento pueden observarse en las marcas denominadas “líneas de playa” que son una característica macroscópica frecuente de las superficies de fractura por fatiga. El talón de una soldadura, sea ésta a tope o a filete, es el asiento de las discontinuidades que en general son los factores limitantes de la vida a la fatiga de uniones soldadas solicitadas transversalmente al cordón de soldadura. En general, cualquier discontinuidad geométrica que actúe como concentrador de tensiones más o menos severo, puede reducir notablemente la resistencia a la fatiga de una unión soldada. Puede ser, pero si no ocurren en el montaje no tienen nada que ver en este desarrollo! 5.4 Problemas de alineamiento y balanceo Introducción Actualmente, el alineamiento de maquinaria es realizado, en el mejor de los casos de manera irregular, y en el peor de los casos, ni se lleva a cabo en muchas plantas. Los métodos actuales para corregir el desalineamiento, son inadecuados y poco confiables debido a su complejidad, falta de personal entrenado, poca atención por parte de la dirección de planta o gerencia de mantenimiento. Un programa planeado de corrección del desalineamiento, preferentemente usando tecnología asistida con rayo láser óptico, puede generar ahorros considerables debido a: Cuando es corrección o reparación se asocia a Mantenimiento y éste cae en Condiciones de Servicio. • Reducción de consumo de energía • Ejecución de los trabajos de alineamiento más rápidos y de mayor calidad Como definición de Alineamiento de Maquinaria podemos mencionar lo siguiente: los ejes de rotación de las máquinas se deben encontrar colineales (un eje de rotación es la proyección del otro), y lo anterior se considera bajo condiciones de operación o de trabajo normales (entiéndase, temperatura, carga y velocidad). Debido al impacto que tiene el “alineamiento” correcto entre flechas o más comúnmente hablamos del “desalineamiento”, en la vida útil, consumo de energía, consumo de refacciones y afectación a la operación de las plantas, harem las siguientes consideraciones al respecto.

5.4.1 La detección del problema y las dificultades para su corrección En diversos estudios realizados por usuarios y fabricantes de maquinaria rotativa acoplada por flechas, se ha demostrado que, ,el desalineamiento es la principal causa, de por lo menos el 50% de las fallas en maquinaria rotativa (ver figura). El desalineamiento no es fácil de detectar en la maquinaria que está en operación. Las fuerzas radiales transmitidas de una flecha a la otra son difíciles de medir externamente. No

existe instrumentación que pueda ser utilizada para medir directamente la magnitud de las fuerzas aplicadas a los rodamientos, flechas, sellos y coples. Generalmente, lo que observamos son algunas consecuencias que se relacionan desalineamiento de las flechas, y que resultan en algunos efectos que observamos a través de         

Disminución de vida útil de rodamientos, sellos, flechas y coples Incremento de temperatura de carcasa Incremento de la vibración axial y radial en la máquina Fugas de aceite, grasa y otros fluidos en los sellos Ruptura de apoyos de las máquinas Daño en cimentaciones y bases Daño o aflojamiento de tornillos de fijación Deformación de carcasas Incremento en el consumo de energía eléctrica

Sin embargo, a pesar de conocerse que el desalineamiento es la mayor causa de la falla en la maquinaria, y por consiguiente grandes pérdidas de producción, tiempos muertos, entre otros problemas, en la actualidad se hace muy poco para resolver este problema. Como mencionamos, el grado de desalineamiento ha sido difícil e determinar en operación, así como los procedimientos correctivos son inadecuados, complicados y por lo general consumen mucho tiempo. En la actualidad, se utiliza el análisis de vibraciones para detectar el desalineamiento con la máquina en operación, aunque como se mencionó, los valores medidos no son directamente proporcionales a las fuerzas a las que los rodamientos se encuentran sometidos. Por otra parte, para la corrección del alineamiento, los métodos antiguos y más utilizados han sido tradicionalmente la regleta o los indicadores de carátula. 5.4.2 Factores que afectan el correcto alineamiento Es conveniente que mencionemos algunos de los factores relacionados con montaje y movimiento de la máquina, que afectan directamente los resultados finales del trabajo de alineamiento, tanto en tiempo, como en calidad:  Pie cojo. (soft foot)

Se presenta cuando alguno de los apoyos de la máquina no se encuentra en el mismo plano de los otros. Ser puede deber a defectos de la cimentación, de la base, deformaciones térmicas, mal acabado o maquinado. El pie cojo, es entonces, un problema de montaje de la máquina y si no es verificado y corregido antes de realizar el trabajo de alineamiento, afecta a los resultados finales, prolongando el tiempo de alineamiento, si no es que lo hace imposible.

 Crecimiento? (Dilatación?) térmico.

Se debe a los cambios de temperatura de las máquinas al alcanzar sus condiciones de operación permanentes. Si no se conocen los valores de cambio dimensional en los planos “vertical” y “horizontal” , para cada uno de los apoyos del tren de máquinas, el resultado final del trabajo de alineamiento será pobre, ya que las máquinas al ser alineadas en “frío” y su operación en “caliente” será distinta. Sus flechas o ejes de rotación no serán colineales.

 Falta de herramientas adecuadas para el movimiento de las máquinas. ???

La colocación de tornillos de movimiento en cada apoyo de la máquina, así como utilización de lainas pre-cortadas y calibradas, fabricadas con materiales estables a compresión. 5.5 Descripción de algunas fallas de Montaje - Problemas de montaje en Bomba Centrífuga Para comenzar explicaré que se entiende por "fallas asociadas a montajes" de las bombas centrifugas. Excluiremos de este concepto al trabajo de ensamblaje y ajuste de los diferentes componentes de una bomba, ya que las fallas asociadas a este proceso (aunque en teoría no debieran existir) tienen que ver con fallas humanas, prácticas incorrectas o no cumplimiento con los procedimientos especificados. Las fallas asociadas a montajes defectuosos-entendiendo por "montaje" todas las operaciones necesarias para instalar, ajustar, conectar, probar, poner en marcha y operar (Operación o Servicio) una bomba centrifuga (tomada como conjunto) dentro de un sistema de bombeo- se podría agrupar, como sigue: 1.- Desalineamiento del eje motriz con el eje de la bomba. Es un problema muy común. Genera alta vibración y esfuerzos que producen grave deterioro principalmente sobre los rodamientos y sellos, así como en el eje, elementos de sujeción y otros elementos. Sobre 1000 rpm los problemas pueden ser muy serios. El procedimiento de alineamiento tradicional con indicadores de dial es muy complejo y requiere de personal muy experimentado y con habilidades "artísticas" que a pesar de ello muchas veces no logran obtener un alineamiento correcto dentro de las tolerancias permitidas. La técnica moderna con el empleo de rayos láser permite resultados mucho más exactos y rápidos con personal normal. A continuación se presenta un ejemplo encontrado de este tipo de falla en una faena minera cercana a Santiago. Se tenía una bomba centrifuga nueva para bombeo de agua. La bomba de una marca internacional de reconocida calidad operaba a 3000 rpm acoplada directamente a un motor eléctrico de 100 HP. El conjunto montado en una base común de acero anclada a una fundación de concreto. El contratista la instaló cumpliendo rigurosamente con todas las instrucciones y especificaciones; el alineamiento lo realizó el mejor "artista" y el conjunto pasó sin problemas las pruebas de "commissioning" y puesta en marcha. A los pocos días de operación se observó un aumento en nivel de vibración y en un par de semanas se detuvo por falla total de los rodamientos de la bomba. La falla se siguió repitiendo y las causas se atribuían indistintamente al lubricante, alineamiento, rodamientos, diseño de la bomba, etc., etc. Como es obvio se involucró en el problema a los representantes de la bomba, del lubricante, de los rodamientos, etc. Se reforzó la placa base, se instaló un acoplamiento de mayor capacidad, se cambió de lubricante; pero el problema no se solucionaba. Finalmente se hizo venir a un Ingeniero especialista del fabricante de la bomba. Su diagnostico fue 'falla de alineamiento' (Fue en el montaje o en etapas de mantenimiento, si fue en esto último, se atribuye a Condiciones de Servicio Inadecuadas) y exigió que se repitiera con rayo láser. El problema desapareció. Por fin un ejemplo de análisis de falla! En este grupo también se incluye el desalineamiento y tensión de correas en los acoplamientos por poleas, pero los efectos son generalmente menos severos. 2. Sentido de giro del impulsor.

Aunque todas las normas y procedimientos exigen confirmar y asegurar el sentido de giro del motor o accionamiento antes de conectarlo a la bomba, suele suceder (especialmente durante la puesta en marcha de Plantas complejas, o en recambio de motores) que el giro motriz opere en sentido opuesto al de diseño de la bomba. En bombas con Impulsor atornillado al Eje, el giro inverso lo destornilla y lo impulsa contra el lado de succión de la ... ??? bomba. El roce del impulsor contra la carcaza produce daño a ambos componentes y luego, cuando se frena, genera un retro empuje que puede dañar seriamente al eje, rodamientos y eventualmente acoplamiento y motor. Dependiendo de las potencias involucradas el daño se puede extender a las bases y fundaciones y con riesgo de accidentes al personal. Parece falla de operación!

3. Tuberías. Las tuberías de succión y descarga no tienen que estar soportadas por la bomba. Si la carga de las tuberías se aplica sobre la bomba puede inducir sobrecargas que lleven a roturas de componentes de la bomba o de sus elementos de fijación. La tensión puede hacer que se pierda el alineamiento y llevar a la situación descrita en punto 1. La instalación tiene que permitir contracciones o elongaciones de las tuberías por cambios de temperatura sin cargar a la bomba, idealmente con acoples flexibles. En instalaciones nuevas es común que las cañerías no ajusten exactamente con las bombas. Cuando las diferencias son pequeñas, los instaladores simplemente las hacen calzar a la fuerza sometiendo a la bomba a una tensión indebida. Esta es la principal razón por la que la normativa pide un rechequeo del alineamiento de ejes después del acoplamiento de las tuberías y antes de poner en marcha. Una falla en estas condiciones puede asciarse a cualquier cosa: Diseño, Montaje, Operación, ... ???

4. Agua de sello Prensa Estopa. En las bombas de pulpa es común emplear sellos tipo Prensa Estopa alimentados con una fuente de agua externa. El agua de sello tiene que tener el caudal y presión en los rangos estipulados en la especificación. El agua de sello tiene que habilitarse antes de poner la bomba en marcha. Si la bomba parte sin agua de sello se contaminarán las empaquetaduras con pulpa dañándose irremediablemente y/o se generará alta temperatura con daño a las empaquetaduras o rotura por choque térmico al ingresar liquido frío. Id. Una falla en estas condiciones puede asciarse a cualquier cosa 5.Otros Hay otros factores en que la definición es difusa (Al parecer, en los anteriores también!) entre 'montaje defectuoso' o falla en la instalación o falla en el diseño o falla en el procedimiento de puesta en marcha. Por ejemplo: submergencia, aterrizaje, cebado, instrumentos y señales, válvulas y accesorios, NPSHa, etc. Cada uno de estos puede producir efectos negativos o dañinos que podrían asociarse a montaje defectuoso.

5.6. Rodamientos 1.- Mal montaje de rodamientos. Las bombas de doble tornillo tienen fuerzas axiales que deben ser balanceada por el mismo fluido entre los filetes de trabajo y respaldo, pero existe una resultante y es esa fuerza la que te va definir la posición del rodamiento si tiene ranura de llenado, para este caso, ya ellos tiene un sentido de instalación.

Rodamientos que no hayan sido ajustado al eje con el apriete ideal. Que no hayan instalado adecuadamente las lainas de alineación de ejes y carcasa y esta este sobrecargando los rodamientos. Lo evidencias abriendo los rodamientos y te encontraras picaduras de cizallamiento y perder el cromado ??? Esto se le está diciendo o contando a alguien?

2.- Falla en la lubricación: fluido inadecuado que no es capaz de soportar el esfuerzo cortante que produce la fuerza del eje sobre las pistas internas y estas sobre las bolas y luego sobre la pista externa. Esto se evidencia cuando tomas un rodamiento que haya fallado y lo abres te encontraras que la rodadura perdió el color y aparecieron las picaduras. Esto se le está diciendo o contando a alguien? Se debe redactar en tercera persona!

3.- Soltura mecánica en las cajeras: Se debe dimensionar las cajeras y los ejes para conocer si cumple con la norma DIN y otras. Esta rodamiento presenta síntomas de fatiga sin perder el cromado en la parte no fatigadas.

4.- Mala selección del rodamiento: Posiblemente las fuerzas en la bomba son otras debido a que la seleccionaron mal o trabaja con un fluido inadecuado para su curva de rendimiento. Fallas más comunes en rodamientos y como comenzar a corregirlas. Las más comunes en la industria son 1.- Corrosión por fatiga.( Vibraciones excesivas y falla de lubricación) 2.- Montaje inadecuado. Por fin algo que tiene que ver con el tema! El resto nada. 3.- Mala lubricación o falta. 4.- Exceso de carga. La más sencilla de corregir, la más económica, siendo la que tiene el mayor porcentaje causante es la mala lubricación. Corresponde a Mantención! Generalmente es por: 1.- Personal con desconocimiento de la importancia de la vida de un rodamiento. 2.- No se vende bien el proyecto en la gerencia para que baje los recursos para formar el equipo y comprar las herramientas. 3.- falta de guía (procedimientos, métodos, planes, programación, etc.). Ver en el otro tema uno de los métodos que ha mantenido a equipos por más de 45.000 horas, claro con esfuerzo y con todos los elementos engranados.

Precauciones de Montaje Correcto de los Rodamientos

 Use herramientas adecuadas que no tengan desgaste.  Mantenga limpio el eje y el alojamiento.  Verifique las dimensiones del eje y alojamiento.

1. Diámetro, 2. Redondura, 3. Radio de chaflán y bordón

    

Asegure que el rodamiento esté alineado. Soporte el aro debido del rodamiento. Evite impactos. ¡No use MARTILLO directamente al rodamiento! Use un lubricante adecuado para la aplicación. Aplique una cantidad adecuada de lubricante.

Diversos factores señalados en este punto corresponden a Condiciones Inadecuadas de Servicio! Ubican Mantenimiento en Montaje! Los modos o mecanismos de fractura (O fallas) no corresponden a las causas. Así por ejemplo, la "fatiga en componentes estructurales" puede tener su origen en: Diseño, Material, Proceso, Montaje o Servicio.

6.- Condiciones inadecuadas de servicio Introducción Todo equipo, al ser elaborado por su fabricante, esta determinado (en función de su diseño, selección de materiales, etc) para cumplir una vida útil determinada, cuantificable en unidades de tiempo, siempre bajo el supuesto de operar bajo condiciones de servicio establecidas por el mismo fabricante (Normales). Una falla es atribuible a una condición de servicio inadecuada cuando, por causa de variables asociadas al servicio que cumple, mantenciones (Sí, por eso que tiene que estar aquí y no en el tema anterior Montaje) que recibe o al medio en que se encuentra operando el componente, su vida útil se ve mermada. A continuación estudiaremos las causas que provocan un condición de servicio inadecuada para determinados componentes.

6.1 Desgaste Se sigue igual que en el tema anterior, esto no es una causa, sino un mecanismo. Diversos elementos pueden experimentar desgaste por muchas causas!!! Se define como el daño hecho a una superficie solida causada por la remoción o desplazamiento de materia debido a la acción mecánica del contacto con un solido liquido o gas. Todo componente mecánico que sufra deslizamiento o rodamiento esta sujeto a algún grado de desgaste. Este puede ir desde un suave pulido a una remoción severa de material acompañada de una degradación de la calidad superficial, Hasta que punto el desgaste constituye una falla del material dependerá de la capacidad del componente de cumplir su función. El desgaste suele ser un proceso gradual lo que lo diferencia de una muesca que se puede crear durante la fractura de una pieza. Este gradualismo del proceso hace que sea difícil definir el momento de falla, ya que el desempeño de un equipo irá disminuyendo lentamente con el tiempo. Por lo que el problema de remplazar una pieza desgastada se convierte en un problema de contrapesar las implicancias de costo entre operar una máquina alejada de su desempeño óptimo y los costos de detener una operación para remplazar una pieza. La fricción es la resistencia al movimiento cuando dos cuerpos en contacto se mueven relativamente. Se asocia a cualquier mecanismos de desgaste que opere o cualquier lubricante o película superficial al igual que a la topografía superficial. El calor generado por la disipación del calor creado por la fricción puede afectar las propiedades del lubricante, cambiar las propiedades de los materiales en contacto y/o su película superficial. En algunos casos puede cambiar las propiedades del producto procesado debido a debilitamiento estructural El problema es ¿Cuándo el desgaste podría atribuirse a Condiciones Inadecuadas de Servicio??? Implicancias del desgaste

•

Deterioro de las condiciones de operación, pudiendo impedir el elemento de funcionar según las especificaciones de diseño.

•

Reducción directa del área transversal que enfrenta una fuerza externa. Por ende conlleva una aumento de los esfuerzos internos que pueden alcanzar niveles superiores a los de fluencia.

•

El desgaste no uniforme puede llevar a la aparición de concentradores de esfuerzos.

•

El calor liberado por la fricción puede tener consecuencias metalúrgicas nefastas. como crecimiento de grano, creep, precipitación de carburos y otros fenómenos de alta temperatura,

•

Impide la formación de una película de oxido protector por la constante remoción del material.

6.2 Corrosión Id anterior, mecanismo y no causa!!! Es una reacción destructiva de naturaleza electroquímica de un material con su medio. La corrosión puede ser un mecanismo de falla o en si pero regularmente actúa como una contribución a otro mecanismo que se considera principal como puede ser la fatiga por corrosión, la erosión por liquido, el desgaste, fallas de alta temperatura, etc.

Tipos de corrosión y mecanismos de falla. 6.2.1 Corrosión uniforme El tipo más simple y común, puede ocurrir en la atmósfera, liquido o suelo bajo condiciones normales de servicio. La taza de ataque puede variar entre rápida o lenta, el producto de la corrosión puede ser visible o no. Una solución común para este problema es el uso de pinturas u otros recubrimientos. Ocurre en metales de composición química superficial uniforme o microestructura uniforme. Es el tipo de corrosión menos dañino ya que su comportamiento puede ser predicho mediante el estudio de una muestra en un medio similar al de operación y generalmente esta bien documentado, sin perjuicio que la tasa de corrosión puede variar al modificar las condiciones ambientales. 6.2.2 Corrosión localizada (Pitting). Es una corrosión extremadamente localizada que produce generalmente agujeros muy agudos. Ocurre cuando una parte de la superficie se vuelve anódica respecto al resto o cuando ocurren cambios muy localizados en el corroente en contacto con el metal, como dentro de una grieta. Es una de las formas mas dañinas de corrosión ya que puede producir falla por perforación con una muy pequeña perdida de material. Esta forma de corrosión es muy difícil de detectar ya que suele ser enmascarada por otro tipo de corrosión. Ocurre muy comúnmente en metales que constan de alguna medida de protección que ha sido removida localmente como una capa de oxido protector o pintura apaciguadora. En aceros inoxidables el pitting suele ser causado por el contacto de iones de algún haluro (en particular cloruro) 6.2.3 Corrosión Intergranular. Es la disolución preferencial de las fases presentes en la zona del borde de grano o cercana. El borde de grano es ligeramente más activa químicamente que el resto del grano porque son zonas de alta distorsión en la red cristalina. Esto es amplificado por la segregación de algún elemento o compuesto hacia o desde el área de borde de grano. Cuando el ataque es severo, granos completos pueden ser disociados de la matriz. En presencia de esfuerzos aplicados o residuales puede ocurrir corrosión por estrés (Stress corrosion cracking). 6.2.4 Corrosión selectiva a inclusiones. Muy similar a la anterior. 6.2.5 Corrosión por esfuerzo. Ocurre por la combinación de un ambiente corrosivo, material afín y esfuerzos tensores. Las fallas toman la forma de finas fisuras que penetran profundamente en el metal sin evidencia aparente de corrosión alrededor. Según la teoría electroquímica se trataría de un mecanismo combinado de apertura de una fisura por corrosión y posterior propagación de esta grieta debido a la presencia de esfuerzos (existen otras teorías, ver metal handbook. vol 11, pag.203) 6.2.6 Fatiga por corrosión Se llama así al fenómeno que ocurre en la presencia de una atmósfera corrosiva y cargas cíclicas. Se observa que un ambiente agresivo tiene una relación directa con la disminución de los ciclos que debería soportar un material si se tratase de falla por fatiga pura. Esto se explica por la influencia de la corrosión como iniciador de grietas superficiales, sea por pitting o corrosión intergranular. 6.3 Ambientes agresivos, contaminación y suciedad. ¿Cómo podrían ser clasificados en general? 6.3.1 Daños por Hidrógeno Introducción Como daños por hidrógeno han sido catalogados una serie de procesos en los cuales se produce una reducción en las propiedades mecánicas debido al efecto combinado de la presencia de hidrógeno y la acción de esfuerzos residuales o tensiones externas. El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes y se encuentra naturalmente en los procesos de fabricación, procesamiento y servicio de un componente cualquiera, es por ello que su acción se encuentra en un amplio rango de ambientes. La interacción H-metal puede resultar en la formación de una solución sólida de H en el metal, H molecular y productos gaseosos resultantes de la reacción del H. En qué casos serían responsables de fallas por servicio inadecuado???

a) Fragilización por H Cuando un acero de alta resistencia con contenidos de H es sometido a tracción, este puedes fallar de manera frágil incluso si el esfuerzo aplicado es menor a su resistencia a la tracción. Este tipo de daño, suele ocurrir en aceros de alta resistencia, aceros con TT de temple y revenido, y en aceros endurecidos por precipitación. La presencia de H reduce la ductilidad y causa la fractura prematura bajo cargas constantes. Los aceros pueden ser fragilizados por un pequeña cantidad de H presente (ppm) y este puede provenir de una gran cantidad de fuentes. La falla por Fragilización por H, por lo general está acompañada por una mínima parte de deformación plástica. La susceptibilidad de que un acero sea fragilizado, por lo general aumenta con los niveles de resistencia a tracción que este posea. El mecanismo de Fragilización por H puede ser clasificado dentro de una de las siguientes tres teorías: Teoría de presión, teoría de la reducción de la energía superficial y la teoría de descohesion. La teoría de presión señala que la Fragilización es causada por la presión ejercida por el H gaseoso en una grieta de Griffith Cuando el acero saturado en H a alta temperatura es enfriado, el H gaseoso precipitará en micro poros lo que genera una presión del gas extremada alta. La presencia de escamas en el proceso de forja y las grietas bajo cordón tienen su explicación en esta teoría. La teoría de la reducción de energía superficial establece que la absorción de H disminuye la energía libre superficial del metal y favorece la propagación de grietas de Griffith. Finalmente la teoría de descohesion sostiene que el H disuelto difunde hacia la zona de esfuerzos triaxiales y fragiliza la red cristalina por disminuciones en la fuerza cohesiva de los átomos en el metal. La contaminación con H puede provenir de variadas fuentes. Por ejemplo un ambiente con altos contenidos en H, como son el caso de aceros de alta resistencia utilizados en tuberías para transporte de hidrocarburos. El agrietamiento por presencia de H gaseoso se observa también en estanques de presión y otros equipos fabricados de acero, que trabajen o estén en contacto con H gaseoso. La susceptibilidad de agrietamiento por H aumenta proporcionalmente a la presión de H. Generalmente las grietas que se producen por este tipo de falla, siempre se originan en el interior del componente metálico. b. Ataque de Hidrógeno Aceros expuestos a altas temperaturas y altas presiones de H pierden ductilidad y resistencia en el transcurso de días o meses. Es importante notar que el ataque por hidrógeno es distinto a la fragilización por hidrógeno. El ataque por H es irreversible y ocurre a elevadas temperaturas. La fragilización por H es reversible y ocurre a temperaturas bajo 200º C. El ataque por H actúa de la siguiente forma: El H absorbido reacciona internamente con carburos presentes en el metal produciendo burbujas de metano a lo largo de los bordes de grano. Estas burbujas crecen y se unen para formar grietas que conducen al metal a la falla. La severidad de este ataque depende de las temperatura, presión parcial de H, nivel de esfuerzos, tiempo de exposición y de la composición del acero. Este tipo de falla se presenta más comúnmente en componente de aceros expuestos a altas temperaturas en plantas de hidrocarburos (petroleras). 6.3.2. Fragilización por emisión de neutrones Irradiaciones de Neutrones sobre componentes de aceros en plantas de energía nuclear, por lo general resultan en un aumento en la TTI del acero, Este aumento en la TTI se ve influenciado positivamente (aumento TTI) por el espectro de neutrones, la temperatura de irradiación y la composición química del acero. 6.4 Fragilización por contacto Metal Líquido Id. En qué casos serían responsables de fallas por servicio inadecuado??? La Fragilización Líquido-Metal, desde ahora denotada por LME, es una falla de carácter frágil que ocurre por la fragilización de un metal normalmente dúctil a consecuencia de existir en él un recubrimiento de metal líquido de poco espesor y ser sometido a tensión. La fragilización se manifiesta como una reducción en el esfuerzo o en la deformación previa a la fractura, o en ambos. La figura muestra el efecto del ambiente en el esfuerzo de fluencia y en la deformación de varias aleaciones Fe-Al, que fueron sometidas ambiente normal (aire) y una solución de Me-In. La susceptibilidad a fragilización por LME es exclusiva a algunos metales, por ejemplo, LME por efectos del Hg afecta a aleaciones de Al y Cu, pero no lo hace sobre aceros simples al carbono y aceros de alta aleación. Los Aceros son fragilizados por LME por

acción de metales o aleaciones que contengan Li, Zn, In y Cd, los cuales no producen efectos sobre aleaciones de Al y Cu.

Casos de fragilización por Contacto de Metal Líquido 1.

2.

3. 4. 5.

Latón 70/30 en contacto con mercurio líquido es fractura a un esfuerzo menor que el valor de resistencia mecánica. Aunque la ductilidad de latón 70/30 es alta y la fractura de este material presenta la formación de una evidente estricción asociada a deformación plástica, fragilizado por LME, este mismo material presenta fractura debido a clivaje intercristalino y el análisis a través de gage no muestran elongación sustancial. Pequeñas cantidades de elementos aleantes, como plomo o teluro, adicionados al acero para mejorar su maquinabilidad pueden conducir a su fragilización. Se ha encontrado en aceros aleados con Pb, grietas en inclusiones de Pb. Aleaciones de Cd-Ag, Titanio y aceros son fragilizados durante servicio a altas temperaturas por contacto con Cd fundido. Tubería se Zircaloy utilizados en reactores nucleares son agrietados por contacto con Cd sólido y líquido. Fragilización de acero se produce durante el proceso de electro depositación de Zn, Cd y Sn.

Caso real: Uno de los accidentes más trágicos asociados a falla por LME, fue la explosión de una planta química en Inglaterra (Flixborough) en 1975 que dejo como consecuencia la muerte de 28 personas. La explosión fue causada por una gotera de Zn que entro en contacto con una tubería de 200 [mm] de diámetro fabricada con un acero SS 316L. Bien, pero cuál fue la causa de la falla??? Mecanismo de Falla Una serie de mecanismos se han planteado para explicar este tipo de falla, pero la más reconocida es la teoría que señala que la fragilización esta relacionada con la absorción de metal líquido que desarrolla una reducción en la resistencia de los enlaces atómicos de la punta de la grieta.

6.5 Falla a temperatura elevada. (Siguen siendo mecanismos que pueden actuar en diversas situaciones, no necesariamente en servicio, o bien pueden actuar en servicio y no ser la causa de la falla). La mezcla de temperatura y tiempos prolongados afecta las propiedades mecánicas del acero, debido a los cambios asociados a su microestructura. Esto por que el acero presenta un cambio en su microestructuira de BCC a una estructura FCC a medida que aumentamos la temperatura. Por ejemplo: Una de las fallas más recurrentes corresponde al aumento en el tamaño de grano, asi como la desestabilización de los carburos menos resistentes a altas temperaturas. Aceros con composición química de 1% Mo-2.25% Cr, forman carburos del tipo Mo2C que son desestabilizados a altas temperaturas para formar M23C que presentan un menor efecto endurecedor, aunque el envejecimiento puede generar a la larga una mayor resistencia del acero. La matriz en la cual se produce la precipitación tiene directa influencia con la cinética de precipitación, ya que para una matriz bainitica la precipitación de carburos es más rápida que para aquellas en la cual los carburos precipitan en una matriz ferrito-proeutectoide, lo que trae consecuencias en la resistencia a altas temperaturas de los aceros aleados 1.

Anomalías de la puesta en marcha

A altas tensiones y temperaturas moderadas (involucrando tiempos relativamente cortos), se desenvuelve como la rotura por tracción simple. Si el material es dúctil, romperá luego de una gran deformación plástica y de la formación de un cuello. A tiempos más largos, los metales dúctiles comienzan a perder su capacidad para endurecerse por deformación: tiene lugar el comportamiento denominado "acción térmica". ¿¿¿ ??? Quizás algo tiene que ver con la puesta en marcha ??? De qué???

A altas cargas aplicadas, los metales pueden fracturarse con muy poca deformación plástica. El movimiento relativo entre los granos ocasiona rupturas que se abren entre ellos, cuando una fisura llega a ser lo suficientemente grande, o varias fisuras se unen para formar una más grande, crece lentamente a través de la pieza hasta que fractura tiene lugar. Id??? 2. Alteraciones en la partida. Condiciones de operación sobre los 0.6 Tf donde Tf representa la temperatura de fusión absoluta. 3. Ambiente agresivo. Dado que la actividad química de los materiales aumenta con la temperatura, las consideraciones relacionadas con la resistencia a la corrosión y oxidación se tornan esenciales en la selección de materiales para servicio a temperaturas elevadas.

4. Materiales Incorrectos. Aleaciones metálicas empleadas que contienen elementos tales como Cr, Ni, y Co generan una resistencia a la corrosión. donde se muestran resultados de ensayos de corta duración que establecen las condiciones de tensión-temperatura necesarias para producir una deformación permanente de 3% en 10 minutos. ¿¿¿ ???

Observación Final: Con relación a cada tema en particular se incluyen observaciones en el texto mismo. Sin embargo, en general, se puede observar lo siguiente: Parece haber una confusión total entre defectos, mecanismos y causas de las fallas, incluso en el ejemplo esto no queda claro para nada. Se podría decir que es un buen informe, considerando el trabajo que debe haber significado juntar toda esta información. Pero, desde el punto de vista de fallas y la agrupación de sus principales causas, hay bastante confusión. También se confunden aspectos teóricos y prácticos, a tal punto de presentar la teoría de esfuerzos como factores de fallas en los procesos de conformado. Según esto también podrían haber incluido teorías asociadas a transferencia de calor, difusión y otras que están relacionas con diversos procesos.

Calificación: 60

BIBLIOGRAFÍA

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