Determinación mediante la realización análisis de falla de las causas más comunes de falla en ejes de equipos industriales

Uno de los componentes más importantes en la mayoría de máquinas que existen en el mundo son los ejes. Una falla en estos componentes, involucra un elevado costo, no solo por el costo del componente en sí mismo, sino también, porque al fallar dicho componente, puede parar toda una línea de producción por varias horas e incluso días y en trabajos como operaciones mineras, dichas paradas no programadas simbolizan grandes pérdidas económicas. El presente documento tiene como objetivo determinar mediante la realización de dos análisis de falla y el estudio de data del laboratorio las causas de falla más comunes en ejes de equipos industriales. Los componentes a los que se realizarán los análisis de falla pertenecen a los casos externos que llegan comúnmente al Laboratorio de Materiales de la PUCP. La secuencia del trabajo desarrollado fue recolectar información sobre la metodología que se sigue para realizar un análisis de falla, para que de esta manera se pueda llevar a cabo los análisis de falla a 2 ejes pertenecientes a una caja reductora de un molino de bolas. La secuencia que utiliza este documento sigue los alineamientos planteados por el Laboratorio de Materiales de la PUCP. Una vez realizado los reportes de los casos mencionados, se procede al estudio y análisis de otros 7 reportes que se encuentran en la base de datos del laboratorio, para que de esta manera se pueda presentar resúmenes de cada uno de estos casos siguiendo una secuencia planteada. Finalmente, se procede a analizar los resultados donde se encuentra que el problema más recurrente tiene que ver con deficiencias en el material empleado en la fabricación del componente. Con los resultados obtenidos se plantean recomendaciones y conclusiones.Tesi

Desarrollo de una metodología para ensayos de fatiga térmica

La fatiga térmica representa una de las principales formas de falla en componentes industriales. La vida útil de dichos componentes puede ser inferida bajo condiciones reales de operación, es decir en la línea de producción. Sin embargo, estas prácticas resultan altamente costosas, complejas y prolongadas, además de no garantizar la obtención de resultados satisfactorios tras su ejecución. Por lo tanto, es muy deseable poder simular el comportamiento a la fatiga térmica de estos materiales a nivel laboratorio, bajo condiciones altamente controladas y monitoreadas y cuyos resultados provean una idea clara de su comportamiento y sean escalables al comportamiento observado en la línea de producción. Debido a la creciente necesidad de realizar estudios científicos y desarrollar métodos de investigación enfocados a evaluar el mecanismo de falla por fatiga térmica, en el presente proyecto de investigación se desarrolló una metodología a nivel laboratorio capaz de reproducir la fatiga térmica bajo condiciones experimentales controladas y sistemáticamente monitoreadas en aceros grado herramienta. Se inició con el planteamiento de las variables involucradas en los procesos que presentan el mecanismo de falla por fatiga térmica. De esta forma se realizaron pruebas de factibilidad mediante el diseño y construcción de un banco de pruebas prototipo, el cual arrojó información útil y una perspectiva del comportamiento que tendrían los componentes para una adecuada selección en el diseño conceptual del banco de pruebas. Posteriormente en base a esto se propuso un diseño preliminar y se realizó una evaluación detallada, se ajustaron las variables así como las condiciones de interés para llevar a cabo la construcción de la máquina de ensayos en su versión final. Finalmente se realizaron una serie de pruebas con el objetivo de validar el banco de pruebas bajo diversas condiciones experimentales, sometiendo diferentes especímenes a ciclos térmicos continuos, calentando por medio de inducción y enfriando mediante aspersión de agua. Posterior a los experimentos de validación se procedió a realizar el análisis macro y microestructural de las probetas ensayadas en el banco de pruebas. Finalmente, se concluyó que la metodología experimental desarrollada es adecuada y útil para el estudio de la fatiga térmica en metales y representa un importante paso hacia un mejor entendimiento de este tipo de falla

Caracterización y análisis de los mecanismos de falla en el acero de las turbinas hidráulicas

El objetivo de este estudio fue analizar y caracterizar los mecanismos de falla por torsión, tracción e impacto en el acero de las turbinas hidráulicas (ASTM A743 CA-6NM) con la finalidad de determinar el tipo de fractura que presenta el material, debido a que el Laboratorio de análisis de falla y desgaste del CIRT no posee un registro de fotografías patrones acerca de estos mecanismos. La verificación del acero ASTM A743 CA-6NM se llevó a cabo mediante pruebas de espectrometría, metalografía y dureza. Se mecanizaron especímenes, y posteriormente se realizaron los ensayos de torsión, tracción e impacto de acuerdo a las normas: NTE INEN 140:2013, ASTM E8-E8M-15a y ASTM E23-07A, respectivamente. En base al handbook “ASM INTERNATIONAL FAILURE ANALYSYS AND PREVENTION”, se realizó el análisis fractográfico usando el microscopio electrónico de barrido (MEB) y un estereoscopio; con los cuales se estableció características cualitativas macroscópicas y microscópicas. En el mecanismo de falla por torsión, se encontró macroscópicamente una textura tersa con frotamiento en la periferia y tersa en la zona central, microscópicamente se observaron microvacíos con una geometría elíptica; en tracción, macroscópicamente se presentó una textura fibrosa y se formaron labios de corte con textura tersa, y microscópicamente hubo la presencia de microvacíos de forma circular; en impacto, macroscópicamente se tiene una textura fibrosa, y microscópicamente se observan microvacíos circulares y semielípticos. Estas características permitieron determinar que el material de las turbinas presenta una fractura dúctil en cada mecanismo de falla, con esta investigación se aporta considerablemente en la óptima recuperación de las turbinas hidráulicas reduciendo el tiempo de análisis fractográfico de las fallas. Se recomienda caracterizar fracturas progresivas como la fractura por fatiga, fractura por corrosión bajo esfuerzo y desgaste abrasivo para ampliar el estudio acerca de mecanismos de falla.The objective of this study was to analyze and characterize the mechanisms of failure due to torsion, traction and impact in the steel of hydraulic turbines (ASTM A743 CA-6NM) in order to determine the type of fracture that the material presents, due to the CIRT wear and Failure Analysis Laboratory does not have a record of standard photographs of these mechanisms Verification of ASTM A743 CA-6NM steel was carried out by spectrometric, metallographic and hardness tests. Specimens were machined, and later the torsion, traction and impact tests were carried out according to the standards: NTE INEN 140: 2013, ASTM E8-E8M-15a and ASTM E23-07A, respectively. Based on the “ASM INTERNATIONAL FAILURE ANALYSYS AND PREVENTION” handbook, the fractographic analysis was performed using the scanning electron microscope (SEM) and a stereoscope; with which macroscopic and microscopic qualitative characteristics were established. In the torsion failure mechanism, a smooth texture with rubbing in the periphery and smooth in the central zone was found macroscopically, microscopically micro voids with an elliptical geometry were observed; in traction, macroscopically a fibrous texture was presented and cut lips with a smooth texture were formed, and microscopically there was the presence of circular micro-voids; on impact, macroscopically it has a fibrous texture, and microscopically circular and semi-elliptic micro-voids are observed. These characteristics made it possible to determine that the material of the turbines presents a ductile fracture in each failure mechanism, with this investigation a considerable contribution is made to the optimal recovery of hydraulic turbines, reducing the time of fractographic analysis of the failures. It is recommended to characterize progressive fractures such as fatigue fracture, stress corrosion fracture and abrasive wear to expand the study of failure mechanisms

Análisis de uniones soldadas de componentes de semirremolque para la predicción de fallo frente a fatiga

Proyecto final de carrera de Ingeniería Técnica Industrial Mecánica "ANÁLISIS DE UNIONES SOLDADAS DE COMPONENTES DE SEMIRREMOLQUE PARA LA PREDICCIÓN DE FALLO RENTE A FATIGA

Análisis de falla metalúrgico casos de aplicación en la industria peruana

En el presente informe se presentan tres casos de aplicación del análisis de falla metalúrgico para determinar la causa raíz de falla de componentes siniestrados pertenecientes a tres sectores de la industria peruana. Este informe se presenta como medio de verificación de la experiencia profesional del autor, quien se desempeña como Analista de Fallas Senior en el Laboratorio de Materiales PUCP; habiendo desarrollado en los últimos diez años más de 70 proyectos de análisis de falla y caracterización de materiales con diversas industrias: minería, hidrocarburos, alimentos, pesquería, farmacéutica, manufactura, entre otras. El informe inicia con la presentación de conceptos y definiciones asociadas al análisis de falla metalúrgico. Luego de ello, se presenta la metodología de análisis empleada en el Laboratorio de Materiales PUCP, la misma que ha sido utilizada para el desarrollo de los casos de aplicación. Posteriormente se desarrolla extensivamente cada uno de los casos, presentando los antecedentes, los ensayos realizados, los resultados obtenidos, y las conclusiones. El objetivo final en cada caso es determinar la causa de falla y emitir recomendaciones, factibles de implementar, para evitar que la falla vuelva a ocurrir. Los casos a presentar corresponden a una zapata de oruga de una pala de movimiento de tierras, perteneciente a la industria de maquinaria pesada; una placa soporte de un reactor de sulfato de cobre perteneciente a la industria química; y una viga principal de una zaranda vibratoria correspondiente a la industria minera. Finalmente, se presentan las conclusiones del informe profesional, haciendo énfasis en la importancia y eficacia del análisis de falla metalúrgico como una herramienta de la ingeniería para asistir en el desarrollo de la industria nacional

Elaboración y caracterización de probetas de material compuesto con matriz de poliuretano termofusible reactivo y un refuerzo de fibra de vidrio

El presente proyecto buscó elaborar y caracterizar probetas de material compuesto con matriz de poliuretano reactivo y refuerzo de fibra de vidrio. Para la elaboración de las probetas, se llevan a cabo varias etapas, una de ellas es la preparación de la fibra, desarmándola de una presentación tejida inicialmente a una de fibra larga unidireccional con 22 cm de longitud aproximadamente y fibra corta de 3 cm de longitud. Se funde la matriz de poliuretano termofusible reactivo en las instalaciones del centro de consultoría en ensayos no destructivos (CECEND) de la Universidad Tecnológica de Pereira y se procede a realizar distintos especímenes con el fin de estudiar cual presentaba mejores características; se obtienen cuatro lotes de probetas de fibra larga unidireccional, con proporciones de 2%, 11%, 18% y 26% en relación en peso respectivamente, de igual manera se construyen dos lotes de probetas con fibra corta con orientación al azar con una relación en peso de 12% y 15% respectivamente..

Caracterización de material compuesto para la construcción de la carrocería de un vehículo supermilage

La Facultad de Ingeniería Mecánica de la universidad Tecnológica de Pereira, como parte de un proyecto de emprendimiento y formación y conformado por algunos estudiantes del programa de ingeniería mecánica se encuentran en la labor de la construcción de un vehículo para la puesta en escena en el evento Shell Eco Marathon que se llevara a cabo en Brasil y posteriormente en USA

Diseño y fabricación de una máquina portable para medir fatiga en implantes dentales

En este trabajo de tesis doctoral se buscó como objetivo el desarrollo y fabricación de una máquina portátil para realizar ensayos dinámicos sobre implantes dentales, para ello fue necesarioanalizar los diseños posibles para cumplir con la función requerida, se seleccionó los elementos adecuados para la fabricación, se ensayó los componentes para el funcionamiento de las pruebas de flexión/fatiga, se realizaron pruebas al equipo mediante fuerzas sobre probetas, se calibraron correctamente las medidas y valores arrojados por la máquina y finalmente se realizaron ensayos de fatiga y flexión en implantes dentales. Este trabajo es de tipo experimental, explicativo y transversal. Para el diseño de la maquina se tomó como parámetro la norma Internacional ISO 14801, a la vez presenta un carácter multidisciplinario, ya que para la fabricación del mismo se contó con la colaboración de personal docente de la facultad de Ingeniería Mecánica de la UNLP y personal docente de la Escuela Politécnica Nº 1 de Bosques. Se utilizaron datos de tipo cuantitativos que se procesaron estadísticamente mediante análisis de Variancia.El desarrollo de la máquina, se apoyó en la descripción de cuatro componentes fundamentales. La primera de ellas es el actuador, o sea el elemento que va a producir la acción mecánica de movimiento y que de alguna manera influye en el diseño de la estructura final según el tipo de actuador elegido. En segundo lugar, está el sistema de soporte, la estructura que sostiene todos los componentes y que, en base a los estudios previos se proyectó cuál es la mejor elección en cuanto al material, costos y rendimiento. En tercer lugar, está el método elegido como sistema de control y recopilación deinformación, formado por la electroválvula y el lector de datos, quien ejecuta y recolecta los datos obtenidos. Y en último lugar, el método de sujeción, la mordaza, la forma mediante el cual se va a sostener el elemento de estudio. Se analizaron 10 muestras para las fuerzas estáticas y 27 muestras para las fuerzas dinámicas para verificar la fuerza de compresión en Nw (newton) y cantidad de ciclos alcanzados antes de la fatiga del material. A partir de los resultados y discusión realizada se consultaron diferentes autores americanos, europeos, nacionales, etc. Y se infieren las siguientes conclusiones: - Se pudo obtener un diseño de largas cargas cíclicas que podrá ser aplicable para la medición de la fatiga y flexión a ruptura de materiales alternativos. - Los resultados obtenidos en múltiples ensayos de fatiga se acercan mucho a los preestablecidos por la norma 14801, la cual se utilizó como referencia para la fabricación. - Por todo lo explicado en esta tesis doctoral, se puede inferir que la máquina diseñada en este trabajo, permitirá realizar la medición de fracturas por flexión y mediciones de fatiga en los diferentes materiales utilizados para la confección de implantes dentales.In this thesis, the objective was to develop and manufacture a portable machine to perform dynamic tests on dental implants, for this it was necessary to analyze the possible designs to fulfill the required function, the appropriate elements were selected for the manufacture, the components were tested for the performance of the flexion/fatigue tests, the equipment was tested using forces on test pieces, the measurements and values returned by the machine were correctly calibrated and finally fatigue and flexure tests were performed on dental implants. This work is experimental, explanatory and transversal. For the design of the machine, the International standard ISO 14801 was taken as a parameter, at the same time it presents a multidisciplinary nature, since for the manufacture of the same it counted with the collaboration of teaching personnel of the Faculty of Mechanical Engineering of the UNLP and personnel teacher at the Escuela Politécnica Nº 1 de Bosques. Quantitative data were used that were statistically processed by variance analysis. The development of the machine was based on the description of four fundamental components. The first of which is the actuator, that is, the element that will produce the mechanical action of movement and that in some way influences the design of the final structure, according to the type of actuator chosen. Secondly, there is the support system, the structure that supports all the components and that, based on previous studies, it was projected which is the best choice in terms of material, costs and performance. Third, there is the method chosen as the control and information collection system, consisting of the solenoid valve and the data reader, who executes and collects the data obtained. And lastly, the clamping method, the clamp, the way in which the study item will be held. 10 samples were analyzed for static forces and 27 samples for dynamic forces to verify the compression force in Nw (newton) and number of cycles achieved before material fatigue. From the results and discussion carried out, different American, European, national authors, etc., were consulted. And the following conclusions are inferred: - It was possible to obtain a design with long cyclical loads that may be applicable for the measurement of fatigue and bending at break of alternative materials. -The results obtained in multiple fatigue tests are very close to those pre-established by the 14801 standard, which was used as a reference for manufacturing. - For everything explained in this doctoral thesis, it can be inferred that the machine designed in this work will allow the measurement of bending fractures and fatigue measurements in the different materials used for the manufacture of dental implants.Facultad de Odontologí