Analisis De Falla

ANALISIS DE FALLAS

La palabra Falla es un término general que se utiliza para designar que un componente, equipo que han fallado en servicio. Se conside¬ra que una pieza, máquina o equipo ha fallado cuando ocurre una de las siguientes condiciones:

I. Cuando se vuelve completamente inoperable. Por ejemplo, cuando el eje que mueve las llan¬tas de un automotor se rompe, el automotor se vuelve completamente inope¬rable y generalmente, se requiere solicitar una grúa para transportar el vehículo al taller para cambiar el componente que fa11o.

II. Cuando el componente aún es operable pero no es capaz de cumplir la función para la cual fue concebido, diseñado y manufacturado. Si¬guiendo con el ejemplo de los vehículos auto¬motores, cuando se pierden las tolerancias entre el cilindro y los anillos del pistón en un motor de combustión interna, por efecto de la fricción y de la corrosión, por los gases calien¬tes de la combustión, el automotor pierde po¬tencia y se incrementa el consumo de combus¬tible y de aceite. En este caso el vehículo todavía es operable pero no cumple su función satisfactoriamente.

III. Cuando el deterioro del componente ha lle¬gado a una condición seria que lo hace inseguro para mantener su utilización. Por ejemplo, cuando el deterioro del sistema de freno (pastillas, discos, etc.), de un automotor llega a una condición de deterioro tal que la operación del vehículo se vuelve in¬segura y se requiere reparar y cambiar los com¬ponentes que han fallado.

Las causas de falla de piezas en servicio es normalmente la conjunción de varios factores los cuales se sinergia en determinas condiciones para originar el deterioro total o parcial y del componente. Las variables que provocan la falla pueden iniciarse desde la fase de diseño, el no cumplimiento de las prácticas recomendadas a la hora de la fabricación de la pieza, errores u omisiones en el ensamblaje y hasta tiempos y condiciones inadecuadas en el almacenamiento. El control de todas las variables generará altos costos es así como la relación costo / beneficio es fundamental.

El diseño es una etapa fundamental en la cual deben incorporarse toda la información requerida para garantizar que la pieza cumpla adecuadamente con las funciones que se requieren para su puesta en servicio, sin embargo es altamente factible que no exista en el proceso de materialización del diseño el control total de las variables de los procesos de selección de materia primas, procesos primarios, secundarios y de acabado de la pieza. Combinación de omisiones o errores en el diseño con defectos de fabricación sorn normalmente fatales y causas comunes de la fallas de las piezas.

Figura 1.- Esquema general de las etapas que están asociadas al diseño, fabricación y puesta en servicio de piezas y componentes. Omisiones y/o errores así sean de pequeña magnitud en estas etapas pueden en determinas condiciones la falla.

Las fuentes fundamentales de falla se han iden¬tificado a través del tiempo y son principalmente las siguientes:

A.- DISEÑO:

El diseño es una etapa fundamental en el proceso de fabricación de una pieza o componente. Esta etapa netamente ingenieril debe garantizar que se cumplan las exigencias del servicio. Va mas allá del diseño de planos con todos los detalles dimensiónales, debe tomarse en cuenta aspectos tales como características de la superficie (rugosidad), dureza y otras propiedades mecánicas, composición química o norma estandarizada en base a la cual debe fabricarse la pieza e inclusive ensayos normalizados de control de calidad que se exijan. Omisiones asociadas a no tomar en cuenta el diseño dimensional y de forma en la distribución de esfuerzos en una las causas más comunes que provocan la falla de los componentes en servicio. A manera de ejemplo tenemos que en el año 1950, cuando se inició la construcción de los primeros aviones comerciales de reacción se presentaron fallas catastróficas en vuelo de varias aeronaves Comets de fabricación Inglesa. La causa fue asociada a un defecto de diseño, debido a los altos esfuerzos alrededor de las ven¬tanas, causados por las esquinas agudas, en las cuales se iniciaron grietas pequeñas que se pro¬pagaron e indujeron a la fractura y a la explo¬sión de las naves en pleno vuelo. En la figura 2, se aprecia como los ángulos en los cambios de sección de una pieza y la magnitud de variación de sus dimensiones son variables fundamentales si se quiere evitar concentradores de esfuerzos, y en la figuras 3 ejemplo reales donde los concentradores de esfuerzos provocaron la falla de una pieza en servicio

Figura 2, Esquema donde se muestra como cambia la distribución de las líneas de esfuerzos al modificarse las dimensiones y forma de una pieza

igura 3: (Izq) eje de acero A6 , (der) acople de acero 4139, que fallaron en servicio. Se presentan los diseños originales y los recomendados para evitar la falla

Dependiendo de la responsabilidad de la pieza deben tomarse mucho en cuenta aspectos tales como las condiciones de servicio. El caso de falla en servicio del barco “Liberty” el cual literalmente se abrió en dos se debió que a pesar de que se respetaron muchas normas y prácticas requeridas en el diseño para la fabricación, se obvio que el barco estaba destinado a surcar aguas con temperaturas muy bajas respecto a lugar donde se fabricó. No tomaron en cuenta como parámetro de diseño la necesidad de evaluar la temperatura de transición dúctil – frágil de los aceros utilizados lo cual provocó una falla catastrófica

Figura 4.- Fractura en servicio del barco “Liberty” provocada por la fragilización de los aceros utilizados en su construcción al navegar en aguas a muy baja temperatura.

B.- SELECCION INADECUADA DE MATERIAL:

El caso antes mencionado ilustra perfectamente esta causa común de falla de piezas en servicio, ya que no se selecciono el material que garantizara una condición de alta tenacidad independientemente de las condiciones en servicio. Otro ejemplo digno de mencionarse ocurrió en la década de 1960 e 1970, cuando se presentaron fa-llas catastróficas en los aviones de combate F¬111 de la Fuerza Aérea Americana (USAF), en la unión de las alas al fuselaje, las cuales se de¬bieron a la selección de un material muy frágil para la unión.

La ingeniería metalúrgica y de materiales es fundamental en esta etapa. Condiciones de alto nivel de esfuerzos, temperaturas

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