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UNIVERSIDAD NORORIENTAL PRIVADA GRAN MARISCAL DE AYACUCHO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL NUCLEO BARCELONA. ESTADO ANZOATEGUI

Tipos De Fallas

Realizado por: Br. Maza Nottaro, Jesús Rafael CI 18848639

Barcelona, Octubre 2011

Indice Sumario Introduccion Contenido 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Corrosión Fatiga Cavitacion Fractura Vibración Deformacion

Conclusion Bibliografia Anexos

Sumario En el siguiente Informe se podrá apreciar los diferentes tipos de fallas, el porqué ocurren y su localización, algunos métodos de detección de estos al igual que recomendaciones para los usuarios para evitar que estos sucedan con frecuencia.

Introduccion Una falla es cuando el equipo no realiza las acciones para el cual fue destinado. Cuando hay una falla . 1. 2. 3.

Cuando la pieza queda completamente inservible. Cuando a pesar de que funciona no cumple su función satisfactoriamente. Cuando su funcionamiento es poco confiable debido a las fallas y presenta riesgos

Causas 1. 2. 3. 4. 5.

Mal diseño, mala seleccion del material. Imperfecciones del material , del proceso y/o de su fabricación. Errores en el servicio y en el montaje. Errores en el control de Calidad, mantenimiento y reparación. Factores ambientales, sobrecargas.

Generalmente una falla es el resultado de uno o mas de los anteriores factores. Las Fallas ocurren por: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Corrosión Fatiga Cavitacion Fractura Vibración Deformacion

La Corrosión. Podemos definir la corrosión como el deterioro que sufre un material (habitualmente un metal) en sus propiedades debido a una reacción con el medio. Si se pretenden comprender los métodos de control de la corrosión es necesario describir primero en un cierto grado de profundidad las reacciones y los factores que influyen en el fenómeno. Velocidad de corrosión PH. La velocidad de corrosión del acero aumenta a medida que disminuye el ph, el cual al ser muy altos suele ser muy corrosivo. La velocidad de corrosión con el ph está influenciada por la composición del electrolito. Al aumentar la concentración del ión hidrógeno es más ácida la solución y es menor el valor de ph. La magnitud de ph nos indica la intensidad de acidez o alcalinidad del medio. Esta magnitud se indica por medio de una escala la cual la numero siete indica que la solución con ph es neutra; los numerosa menores de siete indican que es ácida y los mayores alcalinidad. Gases disueltos. El oxigeno, dióxido de carbono y el ácido sulfhídrico disuelto en agua aumenta la corrosividad de esta, por lo tanto, los gases son la principal causa de los problemas de corrosión. Oxigeno disuelto. De los gases disueltos es el peor de todos, basta con una pequeña concentración y puede producir una corrosión severa y si uno de los otros gases disueltos esta presente aumenta la corrosión. El oxígeno siempre acelera la corrosión ya que es un oxidante fuerte y se reduce rápidamente en el cátodo, lo que significa que se combina muy fácil con los electrones del cátodo, con lo cual la velocidad de corrosión estará limitada con la rapidez con este gas se difunde desde el ceno electrolito a la superficie del metal. Dióxido de carbono disuelto. Si el dióxido de carbono se disuelve en agua se forma ácido carbónico, disminuyendo el ph de la solución y aumentando su corrosividad. Tanto este como el oxigeno causan un picado y la corrosión causada por el dióxido de carbono se conoce como corrosión suave.

Ácido sulfhídrico Disuelto. El ácido sulfhídrico es muy soluble con agua y se comporta como un ácido débil y causa un picado. La presencia de este se conoce como una corrosión ácida. La unión de este con el dióxido de carbono es mas agresiva que el ácido sulfhídrico solo y esta combinación es la que se encuentra en los pozos petrolíferos. Si en estas condiciones se presenta una pequeña cantidad de oxigeno, el resultado es desastroso

¿Porqué Ocurre la Corrosión? La fuerza motriz que causa que un metal se corroa es consecuencia de su existencia natural en forma combinada. Para alcanzar el estado metálico se requiere una cantidad de energía. Esta energía varía de un metal a otro. Es relativamente alta para el magnesio, el aluminio y el hierro y relativamente baja para el cobre, la plata y el oro. ¿Cómo ocurre la Corrosión? Ocurre por la diferencia de potencial entre dos metales diferentes en contacto o por la diferencia de potencial entre diferentes áreas de un mismo metal, que forman una celda galvánica. En presencia de un electrolito. Cada celda consiste de: un ánodo que produce electrones, de un cátodo y de un electrolito. El ánodo y el cátodo deben estar en contacto eléctrico para que ocurra la corrosión. "La corrosión puede ser definida como la reacción de un material con su entorno". Mecanismos 1. Naturaleza del electrolito: la corrosión se puede clasificar como “húmeda” o “ seca” . Es necesaria una solución líquida o una mezcla para la corrosión húmeda, y la corrosión seca implica por lo regular la reacción con gases a alta temperatura. 2. Mecanismo de corrosión: implica reacciones electroquímicas o químicas directas. 3. Apariencia del metal corroído: la corrosión puede ser uniforme y el metal se corroe a la misma velocidad a lo largo de la superficie, o puede ser localizada, en cuyo caso solamente se ven afectadas pequeñas áreas.

Métodos preventivos para la corrosión. La tendencia de los metales a corroerse es un hecho natural y permanente. El problema radica en controlar este efecto destructivo con la mayor economía posible, en la forma técnicamente adecuada, optimizando los recursos existentes. Son cinco los principales métodos para esto; pero son cuatro los mas usados: 1. 2. 3. 4. 5.

Eliminación de los elementos corrosivos. Mejores materiales de construcción, resistente a la corrosión. Protección eléctrica. Colocar una barrera entre el material y el ambiente Sobre−dimencionamiento de las estructuras.

Recomendaciones hay para mitigar la corrosión 1. Aumentar la conciencia acerca de los grandes costos de la corrosión y los potenciales ahorros. 2. Cambiar la errónea concepción de que nada se puede hacer sobre la corrosión. 3. Cambiar las políticas, regulaciones, estándares y prácticas de manejo para incrementar los ahorros a través de una gerencia certera. 4. Mejorar la educación y el entrenamiento del personal para controlarla. 5. Llevar a cabo prácticas de diseño avanzadas para su mejor manejo.

6. Predecir la vida y métodos de evaluación de comportamiento avanzados. 7. Impulsar una tecnología avanzada contra ella a través de investigación, desarrollo y aplicación.

Fatiga Es la disminución de la resistencia mecánica de los materiales al someterlos a esfuerzos repetidos.

¿Como Ocurre? Inicio Las grietas que originan la rotura o fractura casi siempre nuclean sobre la superficie en un punto donde existen concentraciones de tensión (originadas por diseño o acabados, ver Factores). Las cargas cíclicas pueden producir discontinuidades superficiales microscópicas a partir de escalones producidos por deslizamiento de dislocaciones, los cuales actuarán como concentradores de la tensión y, por tanto, como lugares de nucleación de grietas. Propagación 

Etapa I: una vez nucleada una grieta, entonces se propaga muy lentamente y, en metales policristalinos, a lo largo de planos cristalográficos de tensión de cizalladura alta; las grietas normalmente se extienden en pocos granos en esta fase.



Etapa II: la velocidad de extensión de la grieta aumenta de manera vertiginosa y en este punto la grieta deja de crecer en el eje del esfuerzo aplicado para comenzar a crecer en dirección perpendicular al esfuerzo aplicado. La grieta crece por un proceso de enromamiento y agudizamiento de la punta a causa de los ciclos de tensión.

Rotura

Al mismo tiempo que la grieta aumenta en anchura, el extremo avanza por continua deformación por cizalladura hasta que alcanza una configuración enromada. Se alcanza una dimensión crítica de la grieta y se produce la rotura. La región de una superficie de fractura que se formó durante la etapa II de propagación puede caracterizarse por dos tipos de marcas, denominadas marcas de playa y estrías. Ambas indican la posición del extremo de la grieta en diferentes instantes y tienen el aspecto de crestas concéntricas que se expanden desde los puntos de iniciación. Las marcas de playa son macroscópicas y pueden verse a simple vista. Las marcas de playa y estrías no aparecen en roturas rápidas. ¿Porque Ocurre ¿ Estado de la superficie: el estado de esta tiene gran importancia sobre la rotura por fatiga. Variaciones de sección: el límite de fatiga se reduce por los cambios bruscos de sección no acordados con radios amplios, entalladuras de cualquier otra clase. Temperatura: en casi todos los materiales metálicos el aumento de temperatura por encima de cierto valor, disminuye el límite de fatiga. Tratamientos térmicos: las termones internas provocadas por tratamientos térmicos, crean localización de esfuerzos que pueden originar fisuras. Homogeneidad de la estructura cristalina: cuando la estructura no es homogénea puede suceder que los cristales más pequeñas, se acuñen entre las más grandes, originando fisuras y la consiguiente disminución de seccion. Corrosión: cuando la corrosión existe no tiene tanto problema., pero si va actuando, cada punto de corrosión se convierte como si fuera una entalle rebajando notablemente el límite de fatiga. ¿Como predecirla? Los fundamentos para la predicción de vida a fatiga se basan en las propiedades del material obtenidas en el laboratorio ensayando con pequeños especímenes sujetos a cargas dinámicas hasta que parten o aparece la primera grieta. El método de tensióndeformación local asume que la vida del especímen en el laboratorio se puede relacionar con la vida de la estructura real. Es más, se asume que las cargas utilizadas en la estimación de vida a fatiga de la estructura son tensiones locales o deformaciones locales en posiciones críticas.

Cavitacion La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli (Principio de Bernoulli). Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

¿Donde Ocurre? Siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. El fenómeno puede producirse lo mismo en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas). Por los efectos destructivos que en las estructuras y máquinas hidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce la cavitación es preciso estudiar este fenómeno, para conocer sus causas y controlarlo. (Los constructores de bombas hidráulicas, por ejemplo, reciben con frecuencia reclamaciones y encargos de reposición Mecanismos Cavitación de succión La cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es nuevamente comprimido debido a la presión de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenómeno. Esto origina el fallo prematuro de la bomba.

Cavitación de descarga La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga. A este fenómeno se le conoce como "slippage". A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el tajamar (fenómeno similar al que ocurre en un venturi) lo que provoca que el líquido se transforme en vapor. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete, tajamar y álabes. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse el eje del rodete.

Recomendaciones 

Modificar el diseño para minimizar las diferencias de presión hidráulica en el flujo de medio corrosivo



Seleccionar materiales con mayor resistencia a la cavilación.



Dar un acabado de pulido a la superficie sujeta a efectos de cavilación, ya que es más difícil nuclear burbujas sobre una superficie muy plana



Recubrimiento con hules o plásticos que absorben las energías de choque.

Fractura Por tensión pueden clasificarse en cuanto a forma, textura y color. Los tipos de fractura, en lo respectivo a la forma, son simétricos: cono y copa, planos e irregulares. Varias descripciones de la textura son: sedosa, grano fino, grano grueso o granular, fibrosa o astillable, cristalina, vidriosa y mate. Ciertos materiales se identifican efectivamente por sus fracturas. El acero suave en forma de una probeta cilíndrica normal usualmente presentan un tipo de fractura de cono y copa de textura sedosa.

El hierro forjado presenta una fractura dentada y fibrosa, mientras que la fractura típica del hierro fundido es gris, plana y granular. Un examen de la fractura puede arrojar una pista posible de los valores bajos de la resistencia o la ductilidad de la probeta. La carga no axial causara tipos asimétricos. La falta de simetría puede también ser causada por la heterogeneidad del material o un defecto o una falla de alguna clase, tal como la segregación, una burbuja, o una inclusión de material extraña, tal como la segregación, una burbuja, o una inclusión de material extraña, tal como la escoria. Sobre la superficie fracturada del material que haya sido trabajado en fió o posea una condición de esfuerzo interno, debida a ciertos tratamientos térmicos, frecuentemente existe una apariencia de rayos o vetas que irradian de algún punto cercano al centro de la sección; esta ocasionalmente es denominada "fractura de estrella". Una descripción de la fractura debe incluirse en cada informe de ensayo, aun cuando su valor sea incidental para las fracturas normales.

Vibracion La exposición a vibraciones se produce cuando se transmite a alguna parte del cuerpo el movimiento oscilante de una estructura, ya sea el suelo, una empuñadura o un asiento. Dependiendo de la frecuencia del movimiento oscilatorio y de su intensidad, la vibración puede causar sensaciones muy diversas que van desde el simple disconfort hasta alteraciones graves de la salud, pasando por la interferencia con la ejecución de ciertas tareas como la lectura, la pérdida de precisión al ejecutar movimientos o la pérdida de rendimiento debido a la fatiga. ¿Como detectarla? Su valoración se hace por instrumentos de medida, conocidos como vibrómetros que contienen en su interior unos filtros de ponderación que integran de acuerdo al potencial lesivo las siguientes variables: frecuencia, amplitud, eje X, Y o Z de entrada por mano-brazo o por cuerpo entero. Los equipos consisten en:    

Transductor o acelerómetro. Integrador de la señal del acelerómetro. Analizador de frecuencias. Sistema de lectura.

¿Donde Ocurre?  Se origina en la oscilación de equipos destinados a transporte, perforación, abrasión, sedimentación.

 Los movimientos rotatorios o alternativos, motores de combustión interna, superficies de rodadura de vehículos.  Vibración de estructuras.  Herramientas manuales eléctricas, neumáticas, hidráulicas y en general las asistidas mecánicamente y las que ocasionen golpes. Recomendaciones 1. Se disminuirá el tiempo de exposición. 2. Se establecerá un sistema de rotación de lugares de trabajo. 3. Se establecerá un sistema de pausas durante la jornada laboral. 4. Habrá una adecuación de los trabajos a las diferencias individuales. 5. Se intentará, siempre que sea posible, minimizar la intensidad de las vibraciones. 6. Se reducirán las vibraciones entre las piezas de las máquinas y los elementos que vayan a ser transformados. 7. Se reducirán las vibraciones a causa del funcionamiento de la maquinaria o materiales, y de los motores, alternadores, etc. 8. Se mejorarán, en lo posible, las irregularidades del terreno por el cual circulen los medios de transporte. 9. Se utilizarán equipos de protección individual: guantes anti-vibración, zapatos, botas, etc., cuando sea necesario.

Deformación Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.

Conclusiones

1. La cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. El fenómeno puede producirse lo mismo en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas). Por los efectos destructivos que en las estructuras y máquinas hidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce la cavitación es preciso estudiar este fenómeno, para conocer sus causas y controlarlo. 2.Las maquinas herramientas que generan vibraciones pueden dañar parcialmente a la salud del operario. 3. La fatiga en un material tiende a generar fracturas dúctiles o frágiles, esto dependiendo de las propiedades del material. 4. La corrosión en la industria es uno de los principales al originar una falla en un equipo.

Bibliografia 1.- Mecánica de los fluidos Autor: Streeter and Wylie. 2.- Manual del Ingeniero Mecánico Autor: Edward H. Smith.

Anexos.

Cavitación

Falla por Fractura