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• William Javier Alcantara Castillo

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CARACTERÍSTICAS Y NATURALEZA DE LA FALLA Ing. Martín Sifuentes Inostroza Reg. C.I.P. N° 53259

• Mantenimiento Proactivo: El mantenimiento Proactivo es una filosofía

que amplia toda la estructura estratégica de mantenimiento como se mostró anteriormente.

• . La acción proactiva se toma para eliminar completamente la causa raíz de la falla. Para implementar tal método, debe estar disponible la instrumentación correcta para facilitar la toma de las mediciones necesarias. El diseño juega un rol importante en el Mantenimiento Proactivo.

CARACTERÍSTICAS Y NATURALEZA DE LA FALLA • La falla es uno de los factores desafortunados de la vida. Va de la mano con fenómenos como fatiga, desgaste, corrosión, erosión, fragilidad, picos de corriente y tensión y otros. • El rol de la función de mantenimiento es prevenir las fallas, identificar áreas de rediseño y hacer mantenimiento correctivo donde la prevención o rediseño no producirán soluciones viables ni técnicas ni económicas. “Una falla es una condición insatisfactoria”

Clases de Falla • Falla Funcional – una falla funcional es la incapacidad de un ítem (o un sistema, subsistema en el cual esta instalado) para alcanzar un estándar de rendimiento específico. • Falla Potencial – una falla potencial es una condición físicamente identificable la cual indica que una falla funcional es inminente.

Modelos de variaciones de tensión con el tiempo: a) Constante; b) Cíclica; c) fuertemente persistente; d) Valor irregular; e) Valor por pasos.

• Toda maquina/componente enfrenta una tensión operacional. Durante el diseño de la unidad, los diseñadores hacen ciertas asunciones respecto de los niveles esperados de esas tensiones. • La unidad fue así diseñada con una capacidad fundamental para resistir tensión. Esta capacidad es la fuerza para resistir las fallas dadas las asunciones del diseño sobre la tensión operativa. Mientras la tensión operativa sea menor que la resistencia inherente de la unidad, esta no fallará.

DESCRIPCIONES CUANTITATIVAS DE LA FALLA • La técnica del RCM es una herramienta para el desarrollo de estrategias de mantenimiento disponibles para que una maquina sea mantenida. • En el proceso de hacerlo es necesario frecuentemente referirnos a la estadística de falla del pasado para ser capaz de tomar la decisión apropiada respecto a la estrategia para manejar un modo de falla especifico.

Tasa de Fallas: • La tasa de fallas es una indicación de cuán rápido las fallas se están presentando una tras otra. Se calcula dividiendo el número de fallas entre alguna medida cuantitativa del uso acumulado del sistema o componente para acumular todas esas fallas. El divisor frecuentemente consiste del numero acumulado de horas de operación.

Tiempo promedio entre fallas (MTBF) (MTTF): • El tiempo promedio entre fallas (MTTF) es el recíproco de la tasa de fallas. Así donde la tasa de fallas representa el numero de fallas por unidad de tiempo, el MTTF da una indicación de la vida promedio entre sucesivas fallas en horas de operación. • Como es el caso con la tasa de fallas decreciente, un MTTF creciente será una indicación que la confiabilidad del sistema esta mejorando, mientras que una disminución del MTTF (como un aumento de la tasa de fallas) indicará una degradación de la confiabilidad.

Densidad de falla: • La densidad de falla da una vista de la probabilidad de falla de un componentes sobre su vida. • Es habitual en el mundo del mantenimiento emplear la distribución Weibull para describir el comportamiento de falla de un componente. Una función de densidad de falla Weibull típica se muestra en la siguiente figura:

Densidad de Falla Weibull típica

Distribución acumulada de Falla: • La distribución acumulada de falla siempre comienza con una probabilidad de cero, el cual es equivalente a establecer que un componente nuevo no estará en un estado de falla. Esto eventualmente tendrá en el otro extremo un valor de uno (o cien por ciento), indicando que el componente eventualmente fallará con 100% de certeza.

Distribución acumulada de Falla

Función de Supervivencia • Da la probabilidad de falla antes o a cierta edad. La diferencia entre esta y un nivel de 100% (en otras palabras, el espacio sobre la curva de la figura anterior) da la probabilidad que el componente sobrevivirá hasta ese punto. • La siguiente figura describe la función de supervivencia la cual es el complemento de la función de distribución acumulativa.

Función de supervivencia típica

Función de Riesgo: • La medida cuantitativa más utilizada de las cuatro últimas (también llamadas las cuatro funciones de confiabilidad) es la función de riesgo. • Esta da la probabilidad que el componente fallará a cierta edad, dado que este ha sobrevivido hasta esa edad. Se calcula dividiendo el valor de la densidad de falla a esa edad por el valor de la función de supervivencia a esa edad.

• Si la función de riesgo esta disminuyendo con la edad o es constante, no habrá incentivo hacia el mantenimiento preventivo basado en el uso. • Pero en el caso de un incremento en la función de riesgo (una situación que se encuentra frecuentemente en los componentes), el mantenimiento basado en el uso será ciertamente una opción, ya que será menor el riesgo de falla

Función de Riesgo de un componente típica

El efecto de la prevención basada en el uso

LA CURVA DE LA BAÑERA • Esta curva es un caso especial de la función de riesgo y describe el riesgo de falla de un componente o sistema típico. La figura siguiente muestra la curva de la bañera con sus tres regiones de falla: – La región de falla prematura o de mortalidad infantil es un periodo bastante corto en la vida de un componente o sistema durante el cual se experimenta una relativamente elevada tasa de fallas. – La segunda región es más grande comparada con las otras dos regiones y abarca el tiempo de trabajo del componentes o sistema. – La tercera región (desgaste) se establece cuando los cambios estructurales del componente o sistema durante la vida en operación debido al desgaste y marca el inicio del proceso de degradación relativamente rápida.

El concepto de la curva de la bañera

Problemas con la curva de la bañera: • El primer problema con el concepto general de la curva de la bañera es que no todos los componentes y sistemas tienen las regiones de fallas prematuras y de desgaste. • El segundo problema con la curva de la bañera es que no todos los componentes o sistemas tienen un riesgo de falla constante, mientras otros tienen un riesgo creciente de falla. • Un problema adicional en la aplicación general de la curva de la bañera es el hecho que la curva de la bañera para componentes difiere de la de los sistemas.

Formas diferentes de la curva de la bañera y sus significados: • En una alta proporción de casos (89% en el estudio) el mantenimiento basado en el uso no será efectivo (debido a que el riesgo no aumenta con el tiempo). • Una proporción significativa de componentes (11% en el estudio) se beneficiará del mantenimiento basado en el uso. • En el 72% de los casos se presenta una zona de mortalidad infantil, la cual es caracterizada por una disminución del riesgo. • En el 7% de los casos (gráfico D), el riesgo aumenta bastante rápido hasta que el sub-sistema comienza su vida útil y luego se estabiliza a un nivel constante.

Modelos típicos de Falla (Nowlan y Heap)

CAUSAS DE FALLA 1. Fractura: Hay dos mecanismos de fractura en materiales, fractura dúctil y fractura frágil. • La fractura dúctil se desarrolla cuando el material es cargado (típicamente estirado) mas allá de su límite. • La fractura frágil por otro lado, tiene lugar en situaciones donde partes adyacentes del material son separadas por un esfuerzo normal a la superficie de la fractura.

• 2. Creep: La tasa de creep es igual a la inclinación de la parte estable de la curva en la figura. • La tasa de creep aumenta con la temperatura. • La tasa de creep aumenta con la tensión. • El estiramiento total (por ejemplo elongación) aumenta cuando la tensión aplicada o la temperatura aumenta. • El tiempo antes de la falla por rotura disminuye conforme la tensión o la temperatura aumenten.

Creep

• 3. Fatiga: Las fallas por fatiga ocurren bajo situaciones de carga repetida. Este es un tipo de carga donde la tensión es aplicada y retirada repetitivamente, o la magnitud (y frecuentemente la dirección) de la carga se cambia, varios miles de veces durante la vida del componente.

– Para aumentar el número de ciclos antes de la falla, se debe reducir la tensión de repetición en un componente. El nivel de tensión máxima representada por la parte horizontal de la curva se llama limite de resistencia. – Estas curvas, las cuales están disponibles para muchos materiales, son comúnmente llamadas curvas T-N (Tensión – Numero de ciclos).

Curva T-N para el acero 4340, forjado en caliente

• 4. Desgaste por deslizamiento: Cuando dos superficies sólidas se deslizan una respecto de la otra, con o sin lubricación, se presenta un desgaste por deslizamiento.