Anlisis de Falla (I)Desgaste

DesgasteEl desgaste es la perdida progresiva del material de la superficie debido al movimiento relativo y del contacto de las superficies.Los distintos equipos tienen muchos componentes que se desgastan al hacer su trabajo, por lo que es necesario reemplazarlos periodicamente. Herramientas de corte es un buen ejemplo de ello.Las piezas al interior de los componentes se desgastan ms lentamente pues estn protegidasCuando las condiciones de trabajo o del medio son anormales, las tasas de desgaste aumentan.Al conocer la condicin anormal se podr anticipar a la falla.Al no ser as, se requiere observar y descubrir la condicin que ha acelerado la falla.

Siete Tipos normales de DesgasteExiste 7 tipos de desgaste que explican las fallas de desgaste:-Abrasin-Adhesin-Erosin-Erosin por Cavitacin-Corrosin-Corrosin por frotamiento-Fatiga de material por tensin de contacto

1-.Desgaste AbrasivoEl desgaste abrasivo, se debe imaginar como la accin de corte entre dos cuerpos.Las superficies daadas como resultado, son cortadas, acanaladas o ranuradasEn el desgaste abrasivo entre dos cuerpos, dos superficies se deslizan una contra la otra.En el de tres cuerpos, partculas quedan atrapadas entre dos superficies que estn en movimiento

Abrasin entre dos cuerposEjemplo: desgaste abrasivo entre dos cuerpos por mal alineamiento

Abrasin entre tres cuerposEjemplo de desgaste abrasivo entre tres cuerpos por entrada de arena a en un cojinete de rodillo

Particulas AbrasivasSon de cualquier tipo o tamaoSon tan o ms duras que las superficies que se desgastaEjemplo:Partculas de pintura, polvo, arena, suciedad, y virutas de metal

Caracteristicas de la superficieExisten tres:-Superficies Pulidas-Superficies Satinadas (ms suaves)-Superficies con cortes y ranurasQue son causadas por distintos tipos de particulas

Superficie PulidaEjemplo: la superficie parece espejo

Superficie SatinadaParticulas abrasivas un poco ms grandes (arena fina)Producen cortes y araazos ms grandes y dejan un acabado superficial satinado o un aspecto mate.Pieza con dao causado por particulas abrasivas duras

Superficie con Cortes y RanurasPartculas abrasivas duras y grandes (arena o residuos de maquinado) pueden producir araazos y ranuras profundasEjemplo cojinete de biela (superficie suave) con partculas incrustadas en la superficie

Otros ejemplosMelladuras o abolladurasParticulas que se incrustaron y que faltan o bien la superficie es dura (no hay incrustacin), existe abolladuraSecuencia TemporalLa incrustacin ha ocurrido encima de los araazos.Por lo tanto los araazos ocurrieron primero.

Factores del DesgasteMontaje incorrectoPieza DobladaMala alineacinDistorsin (deformacin)

Origen de las particulas: aceiteLubricacin del cojinete por el centro (cortes abrasivos por el centro)Factores del Desgaste

2-.Desgaste AdhesivoEl desgaste Adhesivo comienza cuando asperezas o puntos elevados muy pequeos en superficies mviles hacen contacto entre ellos, generando calor de friccin hasta que uno de los ptos. Elevados se adhiere al otro y se separa de la superficie original.Por ser puntos pequeos, este proceso se llama soldadura microscpica.Si se continua la operacindel componente, el contactode la superficie aumenta y reas ms amplias pueden fundirse y adherirse.Las temperaturas de adhesinse pueden alcanzar rpidamente con cargas elevadas.

Desgaste AdhesivoSoldadura Microscpica y MacroscpicaLas superficies entran en contacto fsico.Ptos elevados y pequeos hacen contacto, generan calor y se sueldan microscpicamente. Al faltar lubricante se acumula el calor produciendose un fundido y adhesin generalizado

Caractersticas de la SuperficieEntre las caracteristicas superficiales se encuentra:

-Pulido-Decoloracin y Adhesin-Deformacin Plstica-Colores de Revenido-Fractura

PulidoEn la fase inicial se observa pulido de la superficie y aumento de la reflectividad de la luz Las superficies se hacen ms lisas (suele ser normal al acentarse la piezas nuevas)

Decoloracin y AdhesinFase intermedia, se observa: Raspaduras, rayaduras, decoloracin y adhesinSecciones grandes de la superficie pueden alcanzar la temperatura de fusin, adherirse y separarse de la superficie original.

Deformacin PlsticaEn la fase ms avanzada, debido a la alta temperatura, existe deformacin plsticaLos dientes de este engranaje alcanzaros temperaturas elevadas, hablandandose, perdiendo resistencia y deformandose.Existe tambien un color negro de revenido que es caracteristico.

Colores de RevenidoLos colores de revenido son causados por xidos metlicos que producen una gama de colores desde amarillo dorado hasta azul claro; azul oscuro, gris y negro

FracturasLas fracturas son el resultado del desgaste adhesivo, debido a la debilitacin de la pieza por la alta temperatura.El faldn de este piston se calent tanto que se fundi y adhiri a la camisa del cilindro Las altas temperaturas redujeron la resistencia del faldn y se produjo una fractura.

Ubicacin del Desgaste Adhesivo

Ubicacin del Desgaste AdhesivoLa ubicacin puede darle informacin del por qu ha ocurrido este tipo de desgaste.El desgaste adhesivo ocurre en las zonas de mayor contacto friccionalZonas de encaje muy ajustado, contacto mal alineado, cargas altas, lubricacin marginal o altas temperaturas.En estas zonas las piezas se expanden cuando sube la temperatura, se reducen los espacios libres y zonas ms amplias de la pieza sufren desgaste adhesivo Cojinete de bancada de cigeal, pulido en el centro por capa de aceite finaFaldon del pistn adherido a la camisa, desprendimiento de trozos

Condiciones que hacen posible el desgaste AdhesivoLas condiciones que hacen posible el desgaste adhesivo son:-Problemas de la pieza-Problemas del montaje-Problemas de lubricacin-Velocidad excesiva-Cargas excesivas

Problemas de Pieza y MontajeEntre los problemas de la pieza y del montaje se encuentran:Encaje interferencia, Superficies Rugosas, Maquinado inapropiado

Probleas de LubricacinTales como:-Bajo nivel de Lubricante-Lubricante inadecuado-Lubicante degradado-Lubricante demasiado caliente o demasiado frio-Conductos de lubricacin mal perforados o atorados

Velocidad Excesiva

Carga Excesiva

Enumeracin de condiciones que Pueden Causar el desgasteDespues de observar las carateristicas de la superficie, el tipo de desgaste y su ubicacin, debe hacer una lista de las condiciones que pudieron haber causado el desgaste.Ejemplo del camin en neutral:-Velocidad terrestre alta y neutral-Velocidad de engranajes conectados a la salida de la transmisin alta-Suministro de aceite de lubricacin bajo (motor en vaco)

Por lo tanto la identificacin de las causas es:Velocidad excesiva, cargas excesivas, lubricante insuficiente.

3-.Desgaste por ErosinEl desgaste por erosin ocurre cuando particulas en movimiento en un fluido chocan con las superficies que las rodean El desgaste por erosin puede explicarse como una accin de impactoLas particulas son arrastradas por el fluido. Al cambiar la direccin en que se mueve el fluido, las particulas golpean contra esquinas y restricciones, causando dao en la superficie.

ErosinLas particulas pequeas y duras que se mueven con rapidez, golpean las superficies circundantes a alta velocidad causando dao abrasivo.La superficie as desgastada tiene frecuentemente un aspecto granallado o mate.Los filtros y la frecuencia de cambio de estos, debe controlar el desgaste por erosin dentro de ciertos lmites

Caractersticas de las superficiesLas superficies erosionadas pueden tener una apariencia lisa, rugosa, afilada o speraEsto depende del tamao, dureza, y momento de las partculas erosivas 1-.Lisa2-.Rugosa3-.Afilada4-.Aspera

Superficie LisaParticulas erosivas pequeas generalmente producen una aparciencia de superficie lisa

RugosaParticulas ms grandes pueden producir superficies rugosasSi las particulas son ms grandes y tienen ms energa de impacto, la superficie ser ms rugosa.

Bordes Afilados Particulas finas como el polvo, pueden afilar los boredes de piezas giratorias.Esta rueda de compresor tiene bordes muy afilados causados por desgaste por erosin

AsperaPartculas de gran tamao pueden impactar con severidad y causar caracteristicas de superficie spera.El extremo de los labes de la rueda de este turbocompresor ha sido daado debido al choque a alta velocidad de particulas de gran tamao.

Ubicacin del DesgasteLa erosin ocure cuando las partculas son obligadas a cambiar de direccin como por ejemplo en giros o restricciones Donde la velocidad de impacto sea mayor, la erosin ser ms importante.

Bordes de AtaqueLa helice del motor de pesca tiene desgaste erosivo en el borde de ataque donde choc con el fondo del roLos bordes de ataque estn daados porque las particulas estn obligadas a cambiar de direccin repentinamente en esa posicin.La erosin del patn de la bba. hdca. Est situada en el resalto exterior de retencin donde las particulas son detenidas repentinamente en su movimiento hacia afuera

Giros y Restricciones El desgaste por erosin ocurre cuando se obliga a las partculas a cambiar de direccin.Donde la velocidad de impacto sea mayor, la erosin ser ms importante.

Ejemplo- Anillo de Retencin de Pistn

Condiciones que hacen posible este DesgasteLas condiciones que hacen posible el desgaste por erosin son: La presencia de particulas erosivasLas propiedades de estas particulas Las propiedades de las superficies adyacentes Las propiedades del fluidoLa velocidad del impactoLa temperatura

Factores Variables Particulas pesadasParticulas a alta velocidadFluidos calientes (velocidad de flujo mayor)Superficies adyacentes fras (probabilidad de desprendimiento)Particulas en el sistema por filtro rotoReparacin sucia

Como identificar las Partculas

Inspeccione el papel del filtro para ver si hay partculas

Qu hacer a continuacin?

Qu hacer a continuacin?Para descubrir la causa de la erosin:Investigue las condiciones ms probablesOrdene las condiciones de ms a menos probableReuna informacin acerca de las condicines hasta encontrar la causa de la erosin.

Ejemplo:Si se debe investigas un filtro de mquina en una de las condicionesSe us el filtro correcto?Funcion correctamente?La erosin es debida a la severidad de la aplicacin?Hay presiones altas o restriciones?Est el sistema contaminado con partculas erosivas?Se necesita ayuda del laboratorio metalrgico para identificar piezas?Estas son algunas de las areas en las que se puede obtener informacin.

4-.Desgaste Por Erocin por Cavitacin

Es una accin de impacto de fluido que golpea las superficies y no por partculas.Se produce por el colapso de las burbujas de vapor contenidas en el fluido cerca de una superficie que causa chorros de fluido a alta velocidad que golpean la superficie.Esto sucede en zonas en que la presin aumenta repentinamenteSi el aumento de presin es gradual, las burbujas se hacen ms pequeas pero no colapsan.Si el cambio de presin es repentino (violento) las burbujas se colapsan hacia adentro (implosin) enviando chorros de fluido a alta velocidad contra la superficie que pueden terminar por desprender parte de esa superficie (grietas superficiales), esto se puede deber a fragilidad o fatiga de la superficie. Desgaste Por Erocin por Cavitacin-Resumen

Erosin por CavitacinEs similar a la accin de impacto en contra de una superficie, pero el que choca es el fluido

Picaduras

Ejemplo de picadura en camisa

Aditivo de Refrigerante

Caractersticas de la SuperficieAl igual que en otros tipos de desgaste, la erosin por cavitacin produce sus propias caractersticas superficiales especficas:1-.Grietas superficiales2-.Picaduras3-.Agujeros mellados4-.Tneles abovedados

Grietas

Picaduras

Agujeros Mellados

Tneles Abovedados

Ubicacin del desgasteSe puede obtener informacin observando la ubicacin del desgaste por erosin por cavitacin

Cojinete de Cigeal

Cojinete de Biela

Camisas de Cilindro

Zona del termostato

Causas de erosin por CavitacinLa erosin por cavitacin ocurre donde hay burbujas presente y la presin aumenta repentinamenteLas burbujas son introducidas por aireacin o por cavitacin.Los aumentos de presin son causados por restricciones, cambios en direccin de flujo, cambios en velocidad de flujo o en carga.

Condiciones que Hacen Posible el DesgasteLa erosin por cavitacin requiere el colapso de burbujas de vapor sobre las superficies 4 son las condiciones que hacen posible el desgaste:-Aireacin (estrada de burbujas al fluido)-Cavitacin (formacin de burbujas en el fluido)-Implosin (colapso de las burbujas sobre las superficies)-Las superficies no deben ser tan fuertes (No deben soportar la erosin por cavitacin)

AireacinCondiciones por las que se causa:Fugas de aire (tuberas de succin)Bajo nivel de fluidoOperacin en pendiente escarpadaRociado de aceite a presinNiveles altos de fluido con componentes sumergiendose en el fluido

CavitacinCondiciones de causa:Altas temperaturasCaidas repentinas de presinRestricciones en la entrada de la bba.Fluidos incorrectosCambios repentinos de cargaCambios repentinos de velocidad de flujo

ImplosinColapso de burbujas

Baja Resistencia SuperficialSi es por causas metalrgicas, las fuerzas de erosin por cavitacin pueden producir grietas, picaduras y astillamiento

Qu hacer a continuacin?Las causas de la erosin por cavitacin suele encontrarse en las areas de mantencin, operacin y aplicacinLa causa bsica puede ser un problema con una pieza, pero debe asegurarse que todo es normal en las areas de mantenimiento, en la operacin y aplicacin antes de buscar posibles problemas en las piezas

Niveles de Fluido

5-.Corrosin

Como se mueve el material de la superficieTcnicamente la corrosin es una accin qumica y no una accin de desgaste, pero s produce el deterioro de las superficies de desgaste

Existe tres tipos de corrosin que se deben considerar-General-Galvnica-Alta temperatura

Corrosin General

Corrosin GlavnicaLa corrosin galvnica ocurre cuando dos metales diferentes estn conectados por un electrolito.El metal ms activo se convierte en el nodo y el menos activo en el ctodo

Alta Temperatura

Caractersticas de la superficieLos metales corroidos suelen tener superficies picadas, capas de corrosin superficial escamosas o ambos tipos.Las capas de corrosin superficial pueden formar endiduras y causar que el ritmo de corrosin se acelere debajo de las escamas.

El color identifica el Tipo de MetalLas capas de corrosin superficial suelen ser xidos metalicos y pueden tener distintos colores:La superficie de hierro o acero suelen desarrollar una capa de color marrn rojizo.Las capas de corrosin de cobre y bronce son de un color verde azulado.Las capas de aluminio suelen ser de un color gris claro blancusco.

Corrosion del Aluminio

Ubicacin del desgasteLa corrosin general ocurre donde el electrolito conecta el nodo con el ctodoLa corrosin galvnica ocurre donde dos metales diferentes hacen contacto en un electrolito.La xidacin ocurre en zonas de temperatura elevada

Corrosin GeneralCorrosin general: el electrolito conecta el nodo y el ctodoEn esta biela, la corrosin ha ocurrido donde hubo gotas de agua sobre la superficie. El agua actu como electrolito y varios componentes metlicos actuaron como ctodos y nodos

Corrosin galvnicaEsta ocurre cuando dos metales diferentes hacen contacto en un electrolitoEn este ejemplo un tubo de cobre ha sido sujetado por una placa espaciadora en un nucleo de un enfriador.Ha habido corrosin solamente donde el tubo de cobre estaba en contacto con la palca

Oxidacin a alta temperaturaLa oxidacin a alta temperatura ocurre en zonas de temperatura elevada.Estas piezas de turbo compresor se daaron debido a la temperatura alta del escape El blindaje trmico estuvo expuesto directamente al escape caliente y se ha oxidado por completo

Condiciones que hacen posible el desgasteComo ya se indic, tienen que estar presentes tres elemtos para que halla corrosin: Un nodo y un ctodo conectados por un electrolito.Esto quiere decir que los metales se pueden corroer incluso cuando estn sumergidos en fluidos tales como refrigerantes o aceites lubricantes.

Desgaste CorrosivoUn medio humedo y caliente alrededor de metales activos, aumentar la velocidad a la que puede ocurrir la corrosin .Si los electrolitos son cidos, son mejores conductores y aumentaran el ritmo de la corrosin.Los aditivos en los lubricantes y refrigerantes estn diseados para neutralizar las condiciones cidas

Depositos en las camasisas

Tabla de la serie GalvnicaLa corrosin galvnica ocurre cuando dos metales estn conectados por un electrolito.La serie galvnica muestra los metales en orden de actividad.Los metales ms activos actuan como nodos y se corroen.Muchas veces el zinc se utiliza como nodo sacrificial.Se le conecta a otros metales para protegerlos contra corrosin .

Efectos de Alta TemperaturaLa capa de oxido de este turbocompresor, nos cuenta una histria de temperaturas excesivamente altas que han aumentado la actividad atmica del metal superficial y han permitido que el oxgeno penetrara a ms profundidad Se deber encontrar la causa de las altas temperaturasf

qu hacer ahora?

6-.Corrosin por Frotacin

qu es la corrosin por frotacin?Es parecido a una soldadura por friccinOcurre cuando componentes que encajan muy apretados tienen que moverse a alta frecuencia y baja amplitudTapa de biela

Corrosin por frotacin frente a desgaste adhesivo

Frotacin frente a PulidoAl considerar frotacin recuerde:Encaje ajustado, movimiento forzado y soldaduras microscpicas.Por otro lado, piezas que encajan con suficiente espacio, pueden chocar y rozarse produciendo superficies pulidas, pero eso no es una forma de corrosin por frotacin

Caractersticas Superficiales Las superficies daadas por corrosin por frotacin pueden tener picaduras y acumulaciones de oxido de forma irregular.Este dao superficial puede ocurrir tanto en ambientes corrosivos como no corrosivos.

Ambiente Corrosivo

Ambiente no corrosivo

Ejemplos de corrosin por FrotacinOtros ejemplos son: Eje y placa de flexin de la bba. hdca.

Ubicacin del Desgaste

Condiciones que Hacen Posible la CorrosinCondiciones que hacen posible la corrosin por frotamiento:-Par de apriete bajo de los pernos-Aplicacin de altas cargas-Basura entre componentes -Acabado superficial rugoso-Fuerza de sujecin diseada baja-Tornillera averiada

Cmo ocurre?Las condiciones que hacen posible que la corrosin por frotamiento son aquellas que hacen que las uniones sean apretadas, pero no lo suficiente como para que lleven cargas aplicadas.La corrosin por frotamiento puede ocurrir debido a pernos que no estn bien apretados o por excesiva carga a una unin.Presencia de basura entre los componentes y acabo superficial rugosoLa fuerza de sujecin con que se diseo la pieza, no era la suficiente para soportar las cargas normales o que una pieza de tornillera o ms de una haya fallado sobrecargando las piezas restantes

Qu hacer a continuacin?Seleccionar la causa ms probable e investigarla-Cmo se cargaron los componentes?-Acabado superficial-Tornillera que sujeta las piezas-Evidencia de otras piezas que hayan fallado

Cando Ocurre Corrosin por frotacin?Ocurre cuando dos piezas metlicas se frotan a una frecuencia suficientemente alta y a baja amplitud como para producir calor.Este calor hace que las asperezas superficiales suelden microscpicamente.

7-.Desgaste por Fatiga por Tensin de Contacto

Contacto por deslizamiento

Contacto por RodaduraDesconchado o astillamiento: Separacin de trozos grandes de material del componente

Triturado de la caja: Comienzo de las grietas cerca de la interfaz (interface) del ncleo de la caja

Cargas CiclicasSuperficies metlicas deslizndose una contra otra pueden causar grietas en el metal, que pueden convertirse en picadurasSuperficies matalicas rodando una contra la otra, pueden hacer que el metal flexione y luego se agrite, causando finalmente desconchado o astillamiento.El desgaste por fatiga por tensin de contacto es causado por la aplicacin de cargas cclicas

Caractersticas superficialesLa fatiga por tensin de contacto por deslizamiento y por rodadura, tienen cada una caractersticas superficiales distintas.

Deslizamiento

Ondulaciones y PicadurasOndulamiento: Flujo plstico o permanente de la superficie.

Rodadura

Triturado de la CajaCon el continuo uso, trozos grandes de la superficie se astillaron, exponiendo la superficie rugorsa y fracturado que hay debajo.Esto se denomina triturado y ocurre tambien si los nucleos son muy blandos o las cajas muy delgadas

Astillamiento y Triturado de la CajaLa fatiga por tensin por contacto de rodadura , puede causar astillamiento y triturado de la caja El astillamiento es causado por grietas que comienzan debajo de la superficie de la pieza y crecen hacia fuera. Cuando las grietas llegan a la superficie, se desprenden trozos de la superficie y exponen las zonas agrietadas que hay debajo.El triturado de la caja es un agrietamiento que ocurre cerca de la interfz entre el ncleo y la caja

Ubicacin del Desgaste El desgaste por fatiga por tensin de contacto, se encontr en zonas de cargas cclicas mximas.Al analizar el desgaste por fatiga por tensin de contacto tenga en cuenta lo siguiente:Si hay mucho mucho desgaste en una zona de carga y relativamente poco en otra, puede ser una indicacin de que hay un problema de alineamiento.Las cargas por deslizamiento son muy sensibles a la lubricacin.

Mal alineamientoNote que la ubicacin del desgaste por fatiga por tensin de contacto est en el extremo ms grande o extremo del taln (1) de este diente de engranaje, donde existen las cargas de rodadura mximas Note que ha habido muy poca carga en el extremo de la punta. Estos hechos indican que se debe investigar el alineamiento u otras condiciones que puedan producir la sobrecarga en el taln

Exceso de cargas en Piezas AlineadasEste diente de engranaje, muestra ondulaciones en la parte superior y un comienzo de picaduras en la parte inferior.Este dao ocurre en zonas de cargas de deslizamiento mximas sobre el diente y est distribuido uniformemente.Estos hechos nos dicen que la carga estaba alineada correctamente pero era demasiado alta para la fortaleza de la superficie del diente.Este problema puede deberse a lubricacin inadecuada o carga excesiva

Condiciones que Hacen Posible este DesgasteInformacin acerca de las condiciones superficiale, el tipo de desgaste y su ubicacin son necesarios considerar para establecer las condiciones que hayan podido causar el desgaste por fatiga por tensin de contacto.Las causas posibles son:Carga demasiado grandeLubricacin insuficienteMal alineamientoProblemas de diseo o frabicacin

Carga Muy grande Si la carga aplicada a una pieza es demasiado grande, puede ocurrir penetracin de las capas de lubricante y contacto de metal con metal

Lubricacin InsuficienteMala calidad o insuficiente, no habr separacin de las superficies metalicas en condiciones de carga normal. Si se trabaja con un bajo nivel de aceite, se pierde la capa de aceite y se aumenta la tensin por contacto entre las superficies.

Mal alineamientoEl mal alineamiento aumenta las cargas de deslizamiento y rodadura en la zona de contacto

Problemas de diseo o frabicacinSi los componentes no tienen la resistencia necesaria para soportar cargas normales, hay que pensar en un problema en el diseo o en el proceso de fabricacin.