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• Moriano Castro Hernan

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¿Qué son los álabes? Estas piezas con forma de aleta -ubicadas en el compresor del motor- están distribuidas en forma circular de mayor a menor tamaño. De esta manera, el aire al entrar se encuentra con estas superficies aerodinámicas que aumentan la presión, la velocidad y la temperatura del aire creando un pequeño vendaval que prende en contacto con el combustible y acciona los diferentes accesorios del motor. A través de esos álabes que giran a muchas revoluciones por segundo pasa el aire a gran velocidad por lo que se van desgastando por la punta, donde la velocidad es mayor, y sufren un pequeño deterioro. Es entonces cuando el rendimiento del motor disminuye, por lo que para recuperar el motor al 100% de su rendimiento es necesario reparar los álabes. ¿De qué material están confeccionados? Los materiales suelen ser diferentes. En las primeras etapas donde las piezas son más grandes y aguantan menos temperatura, unos 100 grados, los álabes son de aleaciones de titanio; mientras que las últimas etapas están realizadas con superaleaciones de níquel que pueden aguantar temperaturas mayores, entre los 400 y los 500 grados. La forma de los álabes se asemeja a aspas de un ventilador y tienen un perfil aerodinámico que si se ven de lado parecen un ala, ya que si fueran lisas no imprimirían velocidad. A pesar de tener una vida bastante larga, las duras condiciones físicas y medioambientales a las que someten hacen necesaria su inspección. Un motor se baja cada tres o cuatro años para su revisión y es entonces cuando se analiza cada uno de los álabes, un motor tiene entre 500 y 700. En la primera fase de inspección individual se estudia si es susceptible de reparar o si el daño que tiene no lo permite y se considera inútil (scrap), por lo que debe desecharse siguiendo unos protocolos reglamentarios. En el taller de motores de Iberia, ubicado en La Muñoza, se realizan las labores de reparación que consisten en coger el álabe y cortarlo, eliminando cualquier daño que posea en la punta, rehacer la parte que se ha eliminado y finalmente dejarlo en su forma original. Lo primero que se hace es desmontar los álabes del compresor y limpiarlos, ya que las impurezas del aire se van depositando en ellos. Luego se inspeccionan para ver si son reparables o no y es entonces cuando entran en la célula de reparación. Esta instalación mecanizada, guiada por siete operarios en dos turnos, mide unos 150 metros cuadrados y tiene forma circular.

Tecnología puntera Iberia es una de las pocas empresas en el mundo, contando con algunas en Europa, Estados Unidos y Singapur, que siguen un procedimiento puntero a la hora de reparar los álabes que consiste en realizar una soldadura láser, con 100 vatios de alta potencia. Con este moderno sistema se aporta la aleación -en forma de polvo- que luego la máquina funde para recrear el álabe y darle la altura inicial. Este método automatizado permite agrandarlos de forma precisa sólo unos pocos milímetros, ya que los álabes más grandes miden entre 10 y 12 centímetros, mientras que los más pequeños rozan el centímetro y medio. Esta célula de reparación está formada por dos centros de mecanizado automático con cinco ejes que le dan esa forma aerodinámica a las piezas, un robot que maneja los distintos álabes y los distribuye, un centro de soldadura láser y dos estaciones de lavado, ya que en medio de la reparación cuando se están cortando las piezas se manchan con refrigerante. Esta instalación permite reducir significativamente los tiempos de reparación, lo que supone una ventaja estratégica para un taller que repara cerca de 40.000 álabes en un año y que está homologado por marcas como General Electric Y Rolls-Royce. Antes de salir de la célula se realizan radiografías sobre cada una de las piezas para asegurar que tienen la medida y la forma correcta. Luego, en el taller de motores de Iberia se terminan de pulir y se realizan tratamientos superficiales y térmicos, como golpear con perlas de vidrio para endurecer la superficie. Para realizar la verificación final y comprobar que cada álabe tiene las dimensiones adecuadas para dar su mejor rendimiento se utilizan técnicas de inspección por rayos x que pocas empresas aplican. Desde que los álabes entran hasta que salen del taller pasan aproximadamente unos 20 días en los que estas pequeñas aletas de metal vuelven a lucir su mejor cara a la hora de generar la fuerza de la naturaleza necesaria para poner en marcha el motor de un avión y emprender de nuevo el vuelo.

FATIGA Si un componente está repetidamente sometido a cargas de suficiente magnitud, se formará alguna grieta o grietas de fatiga en alguna región de esfuerzos altas, normalmente en la superficie, t progresará gradualmente a través del material hasta producir la fractura total. Las superficies de las partes que han sido sometidas a fatiga normalmente tienen un aspecto característico que permite reconocerlas. Esto ha sido investigado en metales, experimentalmente, por más de un siglo. Las aeronaves del pasado no estaban sujetas a cargas que se presentan ahora, debidas a las altas velocidades que desarrollan, además estaban hechas de materiales con esfuerzos muy bajos para satisfacer los requerimientos de fuerza estática, así como esfuerzos de cargas de servicio, que automáticamente entraban en un rango que podría proveer una adecuada vida de la fatiga. Debido a estos cambios, los problemas de fatiga en aeronaves se han venido incrementando drásticamente, ya que ahora los aviones son construidos con materiales más resistentes, pero no mejores en propiedades de fatiga. El resultado de esto ha sido una acumulación de fallas en servicio, las cuales pueden estar involucradas en desenlaces fatales. Además, actualmente se cuenta con una mayor cantidad de métodos, y más precisos, para el diseño de estructuras eficientes. Esto causa que trabajen en rangos muy cercanos al límite elástico del material, lo que actualmente ocasiona que la vida útil del material se reduzca. Algunas fallas de fatiga originan discontinuidades como punto focal donde inicia la grieta, éstos son llamados concentradores de esfuerzos. La separación entre planos intragranulares son llamados como dislocaciones de los que tienden a apilase en las capas límites del material hasta ocasionar la grieta. Es probable que una estructura sometida a cargas dinámicas falle a un esfuerzo menor que cuando las mismas cargas se aplican estáticamente, en particular cuando se repiten durante una cantidad considerable de ciclos. Las grietas siempre aparecen iniciándose en la superficie, a menos que sea una superficie que haya sido tratada especialmente o hayan sido introducidos esfuerzos residuales de compresión a lo largo de la superficie, esto derivado de que los átomos de la superficie están primeramente expuestos al esfuerzo y protegen los átomos interiores. La mayoría de ocasiones se pudiera pensar que, con el solo diseño de la estructura, en estado estático, debería ser suficiente para compensar los esfuerzos generados por la carga de servicio, pero desafortunadamente se genera una pequeña concentración de esfuerzos que limitan la vida útil del material. Un factor de concentración de esfuerzos puede definirse como el coeficiente por el cual el esfuerzo nominal, alejado de la interrupción del esfuerzo, es multiplicado para revelar un esfuerzo real. La guía para seguir estos valores puede cambiar ya que algunos esfuerzos son tomados debido al área total mientras otros se basan en áreas netas de la última sección expuesta.

Algunos valores útiles para las concentraciones de esfuerzos pueden variar dependiendo la configuración y las condiciones de carga. Esto e debe a que algunos valores se han obtenido matemáticamente y otros han sido obtenidos experimentalmente a través del uso de galgas extenso métricas, así como de materiales foto elásticos o alguna otra técnica de análisis de esfuerzos probetas.

DETECCIÓN DE LAS GRIETAS PRODUCIDAS POR FATIGA Siempre existe el peligro de fractura por fatiga en los elementos sometidos a esfuerzos fluctuantes, y que son necesarios inspeccionarlos si se quiere evitar la falla. La inspección podría ser más efectiva en los procesos de fatiga si se pudiera percibir el daño en un estado poco avanzado y sería de gran valor poseer un método para detectar el peligro de fatiga antes de que aparezca la grieta. A pesar de que algunos cambios en ciertas propiedades físicas se pueden detectar en probetas antes de que ocurra la grieta, esto no es una indicación inminente de una posible falla futura durante el servicio. Esto presenta dificultades prácticas considerables, ya que una grieta menor a un cuarto de pulgada de longitud no puede realmente detectarse, a menos que se sospeche su presencia.

Los métodos de detección de fallas por fatiga, más usuales, son:        

Inspección visual Pruebas por partículas magnéticas Líquidos penetrantes Rayos x Ultrasonido Pruebas electromagnéticas (Corrientes Eddy) Pruebas de fuga Emisión acústica

PROCESOS PARA AUMENTAR LA RESISTENCIA A LA FATIGA EN LOS ÁLABES  

SHOT PEENING. - Tecnología especial de superficie del campo Granallado. Su objetivo es incrementar la resistencia a la fatiga de componentes sometidos a fuerte tensión NITRURACIÓN. - dentro de los diferentes tratamientos de nitruración existentes, el tratamiento termoquímico es que se suele usar y el que requiere un equipamiento menor y más barato.

CONCLUSIONES

 Existen métodos como lo es el Shot Peening, que son usados para aumentar la resistencia a la fatiga en el material. En este caso, la resistencia en los álabes de compresor. De esta manera se puede aumentar el tiempo en que el álabe presente fallas en su funcionamiento  En caso se requiera inspeccionar la pieza y determinar si existe algún tipo de fisura o grieta en el material ya sea interna o externa, se puede recurrir a los Pruebas más usuales. Uno de estas es La prueba de líquido penetrante. Así como está prueban hay más y con resultados más eficientes, in tener que alterar la estructura del álabe.  Las fallas por fatiga son una de las fallas más comunes que se presentan en piezas aeronáuticas, y específicamente en los álabes, siendo una de las que vienen siendo investigadas desde hace siglos tras para poder descubrir formas más eficientes de aumentar la resistencia del material y prevenir este tipo de fallas.  La tecnología es un aspecto muy importante para poder llevar a cabo pruebas no destructivas e inspeccionar al álabe, así como los métodos para aumentar la resistencia a la fatiga del material, y muy importante para realizar un buen proceso de fabricación eficiente y mayor calidad.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANA INGENIERIA AERONAUTICA

TRABAJO ACADEMICO Nº 1

“FATIGA EN ÁLABE”

CURSO

: Diagnostico de Fallas

ALUMNO :Moriano Castro, Hernan J.

FECHA

: 02 – 10 – 18

2018