INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE PURÍSIMA DE RINCÓN
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
NOVENO SEMESTRE
INGENIERÍA DEL MANTENIMIENTO
FALLAS POR FRACTURA
CATAÑO GARCÍA CÉSAR AZAEL CERVERA RAMÍREZ JESÚS ALEJANDRO
ING. EDUARDO TOPETE GÓMEZ
PURÍSIMA DEL RINCÓN, GTO. 26 DE AGOSTO DE 2015.
Contenido
Introducción...........................................................................................................................................1
1.- Fractura............................................................................................................................................2
1.1.-Clasificación de fractura..............................................................................................................2
1.1.1.- Fractura dúctil...........................................................................................................................2
1.1.1.2.- Mecanismo de fractura dúctil..............................................................................................3
1.1.2.- Fractura frágil............................................................................................................................4
1.1.2.1.- Puntos de origen de la fractura frágil.................................................................................5
2.- Ejemplos de fallas por fractura.....................................................................................................5
2.1.- Fractura frágil de las placas de acero del casco del R. M. S. Titanic...................................5
2.2.- Caída del puente pescadero, año de 1996..............................................................................6
2.3.- El de Havilland DH.106 Comet..................................................................................................6
2.4.- Fractura por fatiga del cigüeñal de un motor Diésel...............................................................7
Conclusión.............................................................................................................................................9
Bibliografía...........................................................................................................................................10
Índice de figuras
Figura 1.-Fractura copa-cono en acero............................................................................................2
Figura 2.- Mecanismo de fractura Dúctil..........................................................................................3
Figura 3.- Fractografía........................................................................................................................3
Figura 4.- Fractura frágil relativamente plana..................................................................................4
Figura 5.- Fractura del casco del Titanic..........................................................................................6
Figura 6.- Fractura intermedia del Titanic........................................................................................6
Figura 7.- Avión Havilland Comet.....................................................................................................7
Figura 8.- Grieta de fractura en muñón de biela.............................................................................8
Introducción
De acuerdo a la clasificación por tipo de fallas resulta de suma importancia el análisis
de cada uno de estos tipos, enfocándonos principalmente en este capítulo en las
fallas por fractura.
¿Qué es una falla? ¿Por qué se presenta? ¿Qué la origina?, pocas veces nos ponemos a analizar esto durante la prestación de servicio hasta que el servicio se ve truncado.
En exposiciones pasadas hemos visto orígenes y otros tipos de fallas que preceden al que se abordara en los siguientes párrafos.
Podremos observar que la fractura es el fallo que mayormente se debe evitar que ocurra, ya que aunque otras fallas son de suma importancia, la fractura es la que acarrea y conlleva más gastos así como un mayor paro para el mantenimiento que se llevara a cabo.
Además se da una pequeña introducción de lo que se debe realizar o dejar de hacer para evitar esta falla, ya que en la mayoría de los casos es predecible el momento de fractura, puesto que se basa en el diagrama de esfuerzo-deformación.
1
1.- Fractura
Es la separación de un cuerpo en dos o más partes en respuesta a una tensión aplicada de forma estática.
Las cargas: tracción, compresión, torsión y cizallamiento
1.1.-Clasificación de fractura
La fractura se clasifica en fractura dúctil y fractura frágil.
Cualquier proceso de fractura está compuesto por dos etapas:
1.-Formación de una fisura2.-Propagación de la fisura
1.1.1.- Fractura dúctil
Características de la rotura dúctil:• Muchas deformaciones plásticas en la vecindad de la grieta queavanza.• El proceso tiene lugar lentamente.• Grieta estable• Evidencia de deformación plástica apreciable en la fractura
2
Figura 1.-Fractura copa-cono en acero
1.1.1.2.- Mecanismo de fractura dúctil
Figura 2.- Mecanismo de fractura Dúctil
A. Etapa inicial de la formación de cuello.B. Se comienzan a formar pequeños huecos dentro de la sección
adelgazada.C. Los huecos se coalescen formando una grieta más grande.D. El resto de la sección transversal empieza a fallar en la periferia por
corteE. Formación de superficies finales ruptura final.
3
Figura 3.- Fractografía
1.1.2.- Fractura frágil
Características de la rotura frágil:
• Poca o nula deformaciones plásticas en la vecindad de la grieta que avanza
• Marcas en v cerca del centro de sección de fractura que apuntan hacia el lugar de iniciación.
• La superficie de fractura contiene líneas o crestas que irradian desde el origen de la grieta una forma similar a un abanico.
• El proceso tiene lugar rápidamente.
• Grieta inestable
La dirección del movimiento de la grieta es casi perpendicular a la dirección de la tensión aplicada y produce una superficie de fractura relativamente plana.
4
Figura 4.- Fractura frágil relativamente plana
1.1.2.1.- Puntos de origen de la fractura frágil
A. Origen de la rotura frágil a partir de una grieta de fatiga.
B. Origen en un punto de la superficie.
C. Origen en un defecto interior de la pieza.
2.- Ejemplos de fallas por fractura
2.1.- Fractura frágil de las placas de acero del casco del R. M. S. Titanic
Un análisis detallado del desastre del Titanic en 1912 indicó que la nave se hundió
no tanto por haber golpeado un iceberg, sino por la debilidad estructural de sus
placas de acero. Éstas habían sido fabricadas con acero de bajo grado y un alto
contenido de azufre; tenían poca tenacidad, cuando se enfriaban (temperatura del
océano Atlántico) y se sometían a una carga de impacto externo (golpear un
iceberg). Con ese material, una grieta que se inicia en cualquier parte de un casco
de acero soldado se puede propagar con rapidez alrededor de toda la nave y hacer
que incluso un barco grande se parta en dos. Una placa de acero con mayor te-
nacidad hubiera reducido y hecho más lento el proceso de fractura, permitiendo así
a la nave mantenerse a flote durante más tiempo e inundarse más lentamente.
5
Aunque el Titanic se fabricó con placas de acero frágil, como sabemos ahora con
base en las observaciones físicas y fotográficas del barco hundido, no todas las
embarcaciones de ese tiempo se construyeron con acero de bajo grado. Además,
pudieron haberse empleado otras técnicas de construcción para aumentar la
resistencia estructural del casco, entre ellas, mejores técnicas de soldadura.
2.2.- Caída del puente pescadero, año de 1996.
Caso de fatiga originado por la aparición de grietas en las uniones soldadas de la
estructura, pero además porque “no se adelantaron programas de inspección pues,
si bien, en una estructura de este tipo es inevitable que se presenten grietas de fatiga
por el tipo de juntas soldadas utilizadas, era necesario hacer inspecciones y un
seguimiento constante”, señala Edgar Espejo Mora, Ingeniero Mecánico con
Maestría en Materiales y Procesos de la Universidad Nacional de Colombia.
2.3.- El de Havilland DH.106 Comet
Fue un avión comercial desarrollado por el fabricante aeronáuticobritánico de
Havilland. EL DH.106 Comet realizó su primer vuelo el 27 de julio de 1949,
convirtiéndose de ese modo en el primer avión comercial de reacción, lo cual supuso
6
Figura 6.- Fractura del casco del Titanic
Figura 5.- Fractura intermedia del Titanic
un hito en la historia de la aviación. El Comet contaba con un diseño de buenas
prestaciones aerodinámicas, con cuatro motores turbojet de Havilland
Ghost instalados en el interior de las alas, una cabina presurizada que reducía el
ruido exterior y ventanas de gran tamaño.
Sin embargo, después de pocos años de su entrada en servicio, el fuselaje del
Comet empezó a sufrir fallos, debidos a la fatiga del metal motivados por los ciclos
de presurización del fuselaje. Estos fallos causaron dos accidentes en los que la
aeronave se hizo pedazos en pleno vuelo, ocasionando su retirada momentánea del
servicio para descubrir cuál era el problema. El Comet tuvo que ser rediseñado con
el fin de eliminar sus errores detectados. Mientras tanto, los rivales de de
Havilland desarrollaron sus propias aeronaves, aprendiendo de los errores cometidos
en el Comet.
2.4.- Fractura por fatiga del cigüeñal de un motor Diésel.
En una operación de atraque por babor, se produjo la fractura del cigüeñal de uno de
los motores de una Moto Nave. El motor había sido recientemente reparado,
colocándole un cigüeñal nuevo, el cual tenía solo 91 días de explotación después de
la reparación. Es el segundo cigüeñal que se rompía después de una reparación y
ambos por la misma sección. Se sospechaba que el material de los cigüeñales
suministrado por la Firma canadiense, no satisface los requerimientos de resistencia
de dichos motores. La Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad de
Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez” realizó la investigación para esclarecer la
7
Figura 7.- Avión Havilland Comet
causa de la avería y elaborar un informe que pudiera servir para resolver el litigio
entre la firma EQUITALL y la Empresa “Camagüey Diésel”.
8
Figura 8.- Grieta de fractura en muñón de biela
Conclusión
Como pudimos observar la mayoría de las falla se presentan por el mal diseño de la
pieza ya que se ignoran los procesos y las cargas a los que estarán expuestos, así
como el medio ambiente y otros factores importante para el adecuado
condicionamiento de la pieza y la buena selección del material.
Algo más que se puede rescatar del presente trabajo que siempre es importante
mantener un buen mantenimiento o una inspección periódica para valorar el deterioro
que han sufrido los materiales.
Podemos agregar que la falla por fractura se puede prevenir siempre y cuando se
mantenga una inspección adecuada con el personal y equipo adecuado para llevarla
a cabo.
Se analizó la clasificación de las fallas por fracturas dúctiles, las cuales se forma una
grieta, y una deformación plástica, donde al final de mecanismo se llega a la fractura
final mientras que en la fractura frágil la ruptura sucede rápidamente formando un
corte relativamente plano. Se pueden diferenciar tal que en la fractura dúctil se
generan deformaciones plásticas, mientras que en la fractura frágil se observa el
punto de origen donde comienza la falla.
9