2. Análisis de Falla - Análisis, Ensayos y Estudios

7/24/2019 2. Anlisis de Falla - Anlisis, Ensayos y Estudios

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Captulo 4

Analisis, ensayos y estudiosa realizar

4.1. Ensayos Destructivos

4.1.1. Introduccion

El objetivo principal de los Ensayos destructivos es determinar cuantita-tivamente el valor de ciertas propiedades de los materiales, como resistenciamecanica, la tenacidad o la dureza. La ejecucion de las pruebas destructivas in-volucra el dano del material, la destruccion de la probeta o la pieza empleada enla determinacion correspondiente, por lo que podemos concluir que los ensayosdestructivos son la aplicacion de metodos fsicos directos que alteran de forma

permanente las propiedades fsicas, qumicas, mecanicas o dimensionales de unmaterial, parte o componente sujeto a inspeccion.Este tipo de pruebas siempre ha sido necesario para comprobar si las carac-tersticas de un material cumplen con lo especificado durante el diseno. Porsu caracter destructivo debe observarse que no siempre es posible aplicar estaspruebas a todas las partes o componentes de un equipo.

4.1.2. Ensayos mecanicos

Ensayo de traccion uniaxial

Se realiza construyendo una probeta estandarizada (dimensiones pre-estable-cidas) la cual se monta en una maquina de traccion denominada Maquina Uni-

versal de ensayos. As es posible ir midiendo la carga y su correspondiente es-tiramiento, de manera de obtener el grafico esfuerzo-deformacion del materialde la probeta. La condicion de carga en este caso es de traccion pura, tal comose muestra en la figura 4.1a. En ella se muestran las dos maquinas universalesde mayor capacidad con que cuenta el Laboratorio de Mecanica de Solidos dela Universidad de Concepcion. Tambien existen maquinas de menor capacidad.

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74 CAPITULO 4. ANALISIS, ENSAYOS Y ESTUDIOS A REALIZAR

La maquina Instronque aparece en la figura 4.1.b, permite realizar ensayos defatiga (con carga dinamica).

Figura 4.1: a. Maquina Universal de ensayos, b. maquina INSTRON para en-sayos de fatiga

Ensayo de torsion

Este ensayo permite relacionar las deformaciones angulares con los esfuerzos

de corte. Graficar estos parametros permite determinar el coeficiente de corte delmaterial ensayado. Es de limitada aplicacion en elementos de comportamientoelastico lineal ya que para este tipo de materiales existe la relacion directa 4.1entre el modulo de elasticidadE, el modulo de corteGy el modulo de Poisson,usada comunmente en la practica. La figura 4.2 muestra la maquina de torsionexistente en el laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad deConcepcion.

G= 2E

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Ensayo de impacto: Charpy

El objetivo del ensayo de impacto es el de comprobar si una m aquina oestructura fallara por fragilidad bajo las condiciones que le impone su empleo,muy especialmente cuando las piezas experimentan concentracion de tensiones,por cambios bruscos de seccion, maquineados incorrectos, fileteados, etcetera, obien verificar el correcto tratamiento termico del material ensayado.


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4.1. ENSAYOS DESTRUCTIVOS 75

Figura 4.2: Maquina de torsion

Con la finalidad de que el material este actuando en las mas severas condi-ciones, el metodo Charpy utiliza probetas estandarizadas (estado triaxial detensiones) y velocidades de deformacion de 4, 5 a 7m/s.

Las probetas se colocan, como muestra la figura 4.3 (maquina Charpy delLaboratorio de Mecanica de Solidos de la U. de C.), simplemente apoyadassobre la mesa de la maquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del

lado opuesto al que va a recibir el impacto del pedulo que actua com elementode impacto al dejarlo caer desde una posicion superior. La fuerza de impactosiempre sera la misma y debe estar cuidadosamente calibrada. En la mismafigura se puede observar la correcta posicion del material como as tambien laforma y dimensiones de los apoyos y del martillo pendular.

Por norma I.S.O (Internacional Standard Organizacion) las probetas en-sayadas tienen las dimensiones indicadas en la figura.

La resiliencia al choque resulta, segun este metodo, el trabajo gastado porunidad de seccion transversal para romper al material de un solo golpe:

Resistencia =K= Ao/S(Kg/cm2 oJoule/cm2)

En cada uno de los ensayos se obtendra el valor de energa directamente de

la maquina en Kgm (A). Para el metodo Charpy calcularemos la resilencia (K)que es el trabajo por unidad de seccion transversal.

La energa de ensayo sera la necesaria para producir la fractura del materialen un solo golpe y quedara indicada, en el cuadrante del pendulo, por una agujaarrastrada por otra fija solidaria al eje del golpeador.


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Figura 4.3: Imagenes asociadas al ensayo Charpy para medir resiliencia en unmaterial


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4.1. ENSAYOS DESTRUCTIVOS 77

Ensayo de fatiga

Los ensayos de fatiga clasicos a la flexion pura son realizados en maquinasrotatorias tal como la mostrada en la figura 4.4, donde se monta una probetaestandart girando y con carga constante. Lo anterior permite determinar la re-sistencia a la fatigaS

npara un material determinado usado en la teora de fatiga

aplicada al diseno de elementos de maquinas. La maquina Instron mostrada enla figura 4.1.b, permite realizar principaslmente ensayos de traccion dinamica(fatiga en traccion).

Figura 4.4: Maquinas de fatiga en flexion del Laboratorio de Mecanica de Solidos

Ensayo de dureza

Existen diversos equipos para medir dureza en los materiales cuya principaldiferencia entre ellas es la punta que se incrusta en el material y la carga usadapara este efecto y que dan origen a las diversas escalas de medici on de durezausada en la literatura. As existen los durometros:

Rockwell (60, 100 y 150kgf)

Superficial (15, 30 y 45kgf)

Brinell (3 000kgf)

Vickers (micro y macro)

Knoop (micro y macro)


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Universales (Brinell, Rockwell y Vickers hasta 187,5kg)

Figura 4.5: Maquinas de dureza del Laboratorio de Mecanica de Solidos

Las mediciones de dureza entregan valores que comunmente se pueden aso-ciar a materiales usados en elementos de maquinas. Este valor de dureza entregauna buena aproximacion del material. La figura 4.5 muestra una de las m aquinade dureza existentes en nustros laboratorios. La tabla 4.1 muestra una equiva-lencia aproximada, presentada en [1] donde se comparan valores medidos en lasescalas mas tradicionalmente usadas: escala vickers, escala rockwell C y escalaBrinell. Tambien se indican valores aproximados de resistencia a la ruptura aso-ciado a niveles de dureza, que representa una gua bastante util en la practica.

Ensayos de desgaste

La Norma ASTM G40-92 define el desgaste abrasivo como la perdida demasa resultante de la interaccion entre partculas o asperezas duras que sonforzadas contra una superficie y se mueven a lo largo de ella, provocando danossuperficiales intensos y con ello la destruccion total o parcial de la pieza. La

forma en que es arrancado el material o deformada la superficie de una pieza,se conoce como mecanismo de desgaste, siendo que el mecanismo mas efectivode remocion de material en desgaste abrasivo en materiales ductiles es el corte.Sin embargo, en funcion de determinadas variables del sistema y propiedadesde los materiales involucrados, la eficiencia en la remocion de material bajo estemecanismo puede ser atenuada. Cuando esto ocurre, se dice que esta presente el


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4.2. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS END 79

Brinell Vickers Rockwell B Rockwell C ruptura rupturaHB HV HRB HRC MPa ksi

627 667 - 58.7 2393 347578 615 - 56.0 2158 313534 569 - 53.5 1986 288495 528 - 51.0 1813 263461 491 - 48.5 1669 242429 455 - 45.7 1517 220401 425 - 43.1 1393 202375 396 - 40.4 1267 184341 360 - 36.6 1131 164311 328 - 33.1 1027 148277 292 - 28.8 924 134241 253 100 22.8 800 116217 228 96.4 - 724 105

197 207 92.8 - 655 95179 188 89.0 - 600 87159 167 83.9 - 538 78143 150 78.6 - 490 71131 137 74.2 - 448 65116 122 67.6 - 400 58

Cuadro 4.1: Valores de dureza y resistencia

mecanismo de microsurcado, donde la remocion de material solamente se pre-senta por acciones repetidas de los abrasivos, llevando a un proceso de fatiga debajo ciclaje. Una de las posibles formas de evaluar el desgaste abrasivo es por

medio de un procedimiento conocido como ensayo de desgaste abrasivo a secocon rueda de caucho y chorro de arena. Este procedimiento, cuyas especifica-ciones son dadas por la norma ASTM G65, permite obtener resultados sobre elcomportamiento cuantitativo y cualitativo de un material con respecto a otros,donde la perdida de masa es el parametro principal. El dispositivo de ensayo,consta principalmente de una tolva y conducto para la arena seca, un disco deacero recubierto con caucho vulcanizado, una palanca para control de la car-ga, un porta-probeta y un motor. Como caractersticas de funcionamiento, lamaquina tiene un variador de velocidad, un contador de revoluciones y un sis-tema de control. En el contacto entre el disco y la muestra se mantiene un flujoconstante de abrasivo a traves de una boquilla que deja pasar las partculas conun caudal constante.

4.2. Ensayos no destructivos END

Los ensayos no destructivas END son la aplicacion de metodos fsicos indi-rectos, como es la transmision del sonido, la opacidad al paso de la radiaci on,etc., y que tienen la finalidad de verificar si las piezas examinadas est an con o sin


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falla. No obstante, cuando se aplica este tipo de pruebas no se busca determinarlas propiedades fsicas inherentes de las piezas, sino principalmente verificar su

homogeneidad y continuidad. Por lo tanto, estas pruebas no sustituyen a losensayos destructivos, sino que mas bien los complementan.

Las pruebas no destructivas, como su nombre lo indica, no alteran de formapermanente las propiedades fsicas, qumicas, mecanicas o dimensionales de unmaterial. Por ello no inutilizan las piezas que son sometidas a los ensayos ytampoco afectan de forma permanente las propiedades de los materiales que lascomponen. De acuerdo con su aplicacion, los Ensayos no Destructivos (nombremas comunmente usado para las pruebas no destructivas) se dividen en:

1. Tecnicas de Inspeccion Superficial

2. Tecnicas de Inspeccion Volumetrica

3. Tecnicas de Inspeccion de la Integridad o hermeticidad

4.2.1. Inspeccion con lquidos penetrantes

La inspeccion por Lquidos Penetrantes es empleada para detectar e indicardiscontinuidades que afloran a la superficie de los materiales examinados. Estatecnica se utiliza en materiales metalicos magneticos y no magneticos, inclusoen materiales plasticos. Esta tecnica se basa en la accion capilar de los lquidos.En terminos generales, esta prueba consiste en aplicar un lquido coloreado ofluorescente a la superficie a examinar, el cual penetra en las discontinuidadesdel material debido al fenomeno de capilaridad. Despues de cierto tiempo, seremueve el exceso de penetrante y se aplica un revelador, el cual generalmente esun polvo blanco, que absorbe el lquido que ha penetrado en la discontinuidadesy sobre la capa de revelador se delinea el contorno de esta. Actualmente existen18 posibles variantes de inspeccion empleando este metodo; cada una de ellasha sido desarrollada para una aplicacion y sensibilidad especfica.

Requisitos de la Inspeccion por Lquidos Penetrantes

Antes de iniciar las pruebas de Lquidos Penetrantes, es conveniente teneren cuenta la siguiente informacion:

1. Es muy importante definir las caractersticas de las discontinuidades y elnivel de sensibilidad con que se las quiere detectar, ya que si son rela-tivamente grandes o se quiere una sensibilidad entre baja y normal, serecomienda emplear penetrantes visibles; pero si la discontinuidad es muyfina y delgada o se requiere de una alta o muy alta sensibilidad, es preferi-

ble emplear los penetrantes fluorescentes.

2. Otro factor de seleccion es la condicion de la superficie a inspeccionar;ya que si es una superficie rugosa o burda, como sera el caso de unaunion soldada o una pieza fundida, se debe emplear un penetrante lquidoremovible con agua. Pero si la superficie es tersa y pulida, es preferible


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emplear un penetrante removible con solvente. Finalmente cuando se re-quiere una inspeccion de alta calidad o con problemas de sensibilidad, se

puede emplear un penetrante post-emulsificable.

3. Si el material a examinar es acero inoxidable, titanio o aluminio (paracomponentes aeronauticos, por ejemplo) o aleaciones de nquel (monel),entonces los penetrantes deberan tener un control muy rgido de contam-inantes, como son los compuestos halogenados (derivados del fluor, cloro,bromo, iodo) o de azufre (sulfatos o sulfuros), ya que si quedan residuosde ellos, pueden ocasionar fracturas o fragilidad del material. Todos losproveedores de productos de alta calidad proporcionan un certificado depureza de sus productos sin cargo adicional.

4. Si se trabaja bajo normas internacionales (Codigo ASME, API, AWS) ode companas (Beli, Pran and Whitney o GE), los lquidos deben ser de

los proveedores de las listas de proveedores aprobados o confiables publi-cados por ellos. En caso necesario, se solicitara al proveedor una lista deque normas, codigos o especificaciones de companas cubren sus productos.

5. Una vez seleccionado uno o varios proveedores, nunca se deberan mezclarsus productos; como por ejemplo, emplear el revelador del proveedor Acon un penetrante del proveedor B o un penetrante de una sensibilidadcon un revelador de otra sensibilidad, aunque ambos sean fabricados porel mismo proveedor.

Aplicaciones

Las aplicaciones de los Lquidos Penetrantes son amplias y por su gran ver-satilidad se utilizan desde la inspeccion de piezas crticas, como son los com-

ponentes aeronauticos, hasta los ceramicos como las vajillas de uso domestico.Muchas de las aplicaciones descritas son sobre metales, pero esto no es una lim-itante, ya que se pueden inspeccionar otros materiales, por ejemplo ceramicosvidriados, plasticos, porcelanas, recubrimientos electroqumicos, etc.

Algunos ejemplos:

Grietas debido a fatiga

Porosidad superficial

Grietas debido a tratamiento termico

Orificios de filtracion en estanques

Grietas debido a rectificadoGrietas por corro-fatiga

Poros y grietas de fabricacion

Fallas en proceso de soldaduras.


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Ventajas Generales de los Lquidos Penetrantes

La inspeccion por Lquidos Penetrantes es extremadamente sensible a lasdiscontinuidades abiertas a la superficie.

La configuracion de las piezas a inspeccionar no representa un problemapara la inspeccion.

Son relativamente faciles de emplear.

Brindan muy buena sensibilidad.

Son economicos.

Son razonablemente rapidos en cuanto a la aplicacion, ademas de que elequipo puede ser portatil.

Se requiere de pocas horas de capacitacion de los Inspectores.

Limitaciones Generales de los Lquidos Penetrantes

Solo son aplicables a defectos superficiales y a materiales no porosos.

Se requiere de una buena limpieza previa a la inspeccion.

No se proporciona un registro permanente de la prueba no destructiva.

Los Inspectores deben tener amplia experiencia en el trabajo.

Una seleccion incorrecta de la combinacion de revelador y penetrantepuede ocasionar falta de sensibilidad en el metodo.

Es difcil quitarlo de roscas, ranuras, huecos escondidos y superficies asperas.

4.2.2. Inspeccion con partculas magneticas.

La inspeccion por Partculas Magneticas permite detectar discontinuidadessuperficiales y subsuperficiales en materiales ferromagneticos. Se selecciona usual-mente cuando se requiere una inspeccion mas rapida que con los lquidos pen-etrantes. El principio del metodo es la formacion de distorsiones del campomagnetico o de polos cuando se genera o se induce un campo magnetico enun material ferromagnetico; es decir, cuando la pieza presenta una zona en laque existen discontinuidades perpendiculares a las lneas del campo magnetico,este se deforma o produce polos. Las distorsiones o polos atraen a las partculas

magneticas, que fueron aplicadas en forma de polvo o suspension en la superfi-cie sujeta a inspeccion y que por acumulacion producen las indicaciones que seobservan visualmente de manera directa o bajo luz ultravioleta.

Actualmente existen 32 variantes del metodo, que al igual que los lquidospenetrantes sirven para diferentes aplicaciones y niveles de sensibilidad. En estecaso, antes de seleccionar alguna de las variantes, es conveniente estudiar el tipo


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Figura 4.6: Aplicacion practica de la tecnica de lquidos penetrantes

de piezas a inspeccionar, su cantidad, forma y peso, a fin de que el equipo aemplear sea lo mas versatil posible; ya que con una sola maquina es posibleefectuar al menos 16 de las variantes conocidas.

Requisitos de la Inspeccion por Partculas Magneticas

Antes de iniciar la inspeccion por Partculas Magneticas, es convenientetomar en cuenta los siguientes datos:

1. La planificacion de este tipo de inspecciones se inicia al conocer cual esla condicion de la superficie del material y el tipo de discontinuidad a detec-tar. As mismo deben conocerse las caractersticas metalurgicas y magneticasdel material a inspeccionar; ya que de esto dependera el tipo de corriente, laspartculas a emplear y, en caso necesario, el medio de eliminar el magnetismoresidual que quede en la pieza.

2. Si se trabaja bajo normas internacionales (Codigo ASME, API, AWS) o decompanas (Bell, Pratt and Whitney o GE), las partculas a emplear deben ser

de los proveedores de las listas de proveedores aprobados o confiables publicadospor ellas. En caso necesario, se solicita al proveedor una lista de que normas,codigos o especificaciones de companas satisfacen sus productos.

Al igual que en el caso de los lquidos penetrantes, una vez seleccionado unoo varios proveedores, nunca se deben mezclar sus productos, como puede ser elcaso de emplear las partculas del proveedor A con un agente humectante del


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proveedor B o las partculas de diferentes colores o granulometras fabricadaspor el mismo proveedor.

Ventajas de las Partculas Magneticas

Con respecto a la inspeccion por lquidos penetrantes, este metodo tiene lassiguientes ventajas:

Requiere de un menor grado de limpieza.

Generalmente es un metodo mas rapido y economico.

Puede revelar discontinuidades que no afloran a la superficie.

Tiene una mayor cantidad de alternativas.

Limitaciones de las Partculas Magneticas

Son aplicables solo en materiales ferromagneticos.

No tienen gran capacidad de penetracion.

El manejo del equipo en campo puede ser caro y lento.

Generalmente requieren del empleo de energa electrica.

Solo detectan discontinuidades perpendiculares al campo.

Figura 4.7: Aplicacion practica de la tecnica de partculas magneticas

4.2.3. Inspeccion por ultrasonido

La inspeccion por ultrasonido Industrial (UT) se define como un proced-imiento de inspeccion no destructiva de tipo mecanico, que se basa en la impedan-cia acustica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad maxima depropagacion del sonido entre la densidad de un material.


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Los equipos de ultrasonido que empleamos actualmente permiten detectardiscontinuidades superficiales, sub-superficiales e internas, dependiendo del tipo

de palpador utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de un ambitode 0,25 hasta 25MHz. Las ondas ultrasonicas son generadas por un cristal oun ceramico piezoelectrico dentro del palpador; este elemento, que llamaremostransductor, tiene la propiedad de transformar la energa electrica en energamecanica y viceversa.

Al ser excitado electricamente, y por el efecto piezoelectrico, el transductorvibra a altas frecuencias (lo que genera ultrasonido); estas vibraciones son trans-mitidas al material que se desea inspeccionar. Durante el trayecto en el material,la intensidad de la energa sonica sufre una atenuacion, que es proporcional a ladistancia del recorrido. Cuando el haz sonico alcanza la frontera del material,dicho haz es reflejado. Los ecos o reflexiones del sonido son recibidos por otro(o por el mismo) elemento piezoelectrico y su senal es filtrada e incrementada

para ser enviada a un osciloscopio de rayos catodicos, en donde la trayectoriadel haz es indicada por las senales de la pantalla; tambien puede ser transmitidaa un sistema de graficado, donde se obtiene un perfil acustico de la pieza a unapantalla digital, donde se leera un valor o a una computadora, para el analisismatematico de la informacion lograda.

En muchos aspectos la onda de ultrasonido es similar a las ondas de luz;ambas son ondas y obedecen a una ecuacion general de onda. Metodo de pulsoy eco, o de reflexion, se genera un pulso ultrasonico que es transmitido a travesdel material. Cuando la onda elastica choca con una interfase, parte de la ondase refleja, regresando al transductor. En un osciloscopio es posible desplegartanto el pulso inicial como el reflejado.

Del despliegue, se mide el tiempo requerido para el viaje de ida y vuelta, conlo que se puede calcular la distancia a la que se encuentra la interfase. De noexistir fallas en el material, el haz se reflejara desde su lado opuesto y la distanciasera dos veces el espesor de la pared, mientras que moviendo el transductor sobrela superficie, podemos conocer, tambien la longitud de la discontinuidad.

Metodo de transmision de un pulso a traves del medio, en un transductorse genera un pulso ultrasonico y mediante un segundo transductor se detectaen la superficie opuesta. Los pulsos iniciales y los transmitidos se desplieganen el osciloscopio. La perdida de energa entre el pulso inicial y el transmitidodepende de si existe o no discontinuidad dentro del material.

Metodo de resonancia se utiliza la naturaleza ondulatoria de la onda ul-trasonica. Se genera una serie de pulsos que viajan como onda elastica a traves

del material. Seleccionando una longitud de onda o frecuencia de manera queel espesor del material sea un multiplo entero de medias longitudes de onda, seproduce una onda elastica estacionaria, y se refuerza en el material. Una dis-continuidad dentro del material evita que la resonancia ocurra. Sin embargo;esta tecnica se utiliza con mayor frecuencia para la determinacion del espesordel material.


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Figura 4.8: Medicion de espesores usando la tecnica del ultrasonido

4.2.4. Ventajas del Ultrasonido Industrial

Se detectan discontinuidades superficiales y sub-superficiales.

Puede delinearse claramente el tamano de la discontinuidad, su local-izacion y su orientacion.

Solo se requiere acceso por un lado del material a inspeccionar.

Tiene alta capacidad de penetracion y los resultados de prueba son cono-cidos inmediatamente.

Limitaciones del Ultrasonido Industrial

Esta limitado por la geometra, estructura interna, espesor y acabado su-

perficial de los materiales sujetos a inspeccion.

Localiza mejor aquellas discontinuidades que son perpendiculares al hazde sonido.

Las partes pequenas o delgadas son difciles de inspeccionar por este meto-do.

El equipo puede tener un costo elevado, que depende del nivel de sensibil-idad y de sofisticacion requerido.

El personal debe estar calificado y generalmente requiere de mucho mayorentrenamiento y experiencia para este metodo que para cualquier otro delos metodos de inspeccion.

La interpretacion de las indicaciones requiere de mucho entrenamiento yexperiencia de parte del operador.

Requiere de patrones de referencia y generalmente no proporciona un reg-istro permanente.


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4.2.5. Inspeccion por radiografas

El caso de la Radiografa Industrial, como prueba no destructiva, es muyinteresante; pues permite asegurar la integridad y confiabilidad de un producto;ademas, proporciona informacion para el desarrollo de mejores tecnicas de pro-duccion y para el perfeccionamiento de un producto en particular. La inspeccionpor RI se define como un procedimiento de inspeccion no destructivo de tipofsico, disenado para detectar discontinuidades macroscopicas y variaciones enla estructura interna o configuracion fsica de un material.

Al aplicar RI, normalmente se obtiene una imagen de la estructura internade una pieza o componente, debido a que este metodo emplea radiacion de altaenerga, que es capaz de penetrar materiales solidos, por lo que el propositoprincipal de este tipo de inspeccion es la obtencion de registros permanentespara el estudio y evaluacion de discontinuidades presentes en dicho material.Por lo anterior, esta prueba es utilizada para detectar discontinuidades internas

en una amplia variedad de materiales.Dentro de los END, la Radiografa Industrial es uno de los metodos mas

antiguos y de mayor uso en la industria. Debido a esto, continuamente se realizannuevos desarrollos que modifican las tecnicas radiograficas aplicadas al estudiono solo de materiales, sino tambien de partes y componentes; todo con el finde hacer mas confiables los resultados durante la aplicacion de la tecnica. Elprincipio fsico en el que se basa esta tecnica es la interaccion entre la materia yla radiacion electromagnetica, siendo esta ultima de una longitud de onda muycorta y de alta energa.

Durante la exposicion radiografica, la energa de los rayos X o gamma es ab-sorbida o atenuada al atravesar un material. Esta atenuacion es proporcional a ladensidad, espesor y configuracion del material inspeccionado. En la actualidad,dentro del campo de la industria existen dos tecnicas comunmente empleadas

para la inspeccion radiografica:

1. Radiografa con rayos X

2. Radiografa con rayos gamma.

La principal diferencia entre estas dos tecnicas es el origen de la radiacionelectromagnetica; ya que, mientras los rayos X son generados por un alto poten-cial electrico, los rayos gamma se producen por desintegracion atomica espontaneade un radioisotopo.

Ventajas de la Radiografa Industrial

Es un excelente medio de registro de inspeccion.Su uso se extiende a diversos materiales.

Se obtiene una imagen visual del interior del material.

Se obtiene un registro permanente de la inspeccion.


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Descubre los errores de fabricacion y ayuda a establecer las acciones cor-rectivas.

Limitaciones de la Radiografa Industrial

No es recomendable utilizarla en piezas de geometra complicada.

No debe emplearse cuando la orientacion de la radiacion sobre el objetosea inoperante, ya que no es posible obtener una definici on correcta.

La pieza de inspeccion debe tener acceso al menos por dos lados.

Su empleo requiere el cumplimiento de estrictas medidas de seguridad.

Requiere personal altamente capacitado, calificado y con experiencia.

Requiere de instalaciones especiales como son: el area de exposicion, equipode seguridad y un cuarto oscuro para el proceso de revelado.

Las discontinuidades de tipo laminar no pueden ser detectadas por estemetodo.

4.2.6. Analisis de vibraciones

Es la principal tecnica de analisis predictivo, pero dada su extension no

sera incluida en este texto.

4.2.7. Termografa

Generalmente las imperfecciones en un material alteran la velocidad de flujotermico a su alrededor, generando gradientes de alta temperatura, es decir pun-tos calientes. En la termografa, a la superficie de un material se le aplica unrecubrimiento sensible a la temperatura, a continuacion el material es calentadouniformemente y luego enfriado. La temperatura es mas elevada cerca de unaimperfeccion que en otros sitios; por tanto, el color del recubrimiento en estepunto sera distinto y facilmente detectado.

Se puede utilizar una gran diversidad de recubrimientos. Comunmente se

usan pinturas y papeles sensibles al calor; compuestos organicos o fosforos queproducen luz visible al ser excitados por radiaciones infrarrojas; y materialesorganicos cristalinos, conocidos como cristales lquidos. Un uso importante dela termografa es la deteccion de uniones pobres o delaminacion de monocapaso cintas individuales, que forman muchas estructuras de materiales compuestosreforzados con fibras, particularmente en la industria aerospacial.


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Figura 4.9: Imagen termografica de un reductor, donde se indican los puntosasociados a la temperatura captada

4.2.8. Inspeccion por Emision Acustica

Asociada con muchos fenomenos microscopicos, como el crecimiento de unagrieta o transformaciones de fase, aparece una liberacion de energa de esfuerzoen forma de ondas de esfuerzo elasticas de alta frecuencia, de manera muy similara las producidas durante un terremoto. En la prueba por emisi on acustica, seaplica un esfuerzo inferior al esfuerzo de cedencia nominal del material.

Debido a concentraciones de esfuerzo en el extremo de alguna grieta yaexistente, esta puede ampliarse, liberando la energa de esfuerzo que rodea elextremo de la grieta. La onda de esfuerzo elastico asociado con el movimien-to de la grieta puede ser detectada por un sensor piezoelectrico, y posterior-mente amplificada y analizada. Mediante esta tecnica se pueden detectar gri-etas tan pequenas como de 10-6 pulgadas de largo. Utilizando varios sensoressimultaneos, es posible tambien determinar la ubicacion de la grieta.

Es posible utilizar la prueba de emision acustica para todos los materiales.Se utiliza para detectar microgrietas en componentes de aluminio de aeronaves,aun antes que estas sean lo suficientemente grandes para poner en peligro laseguridad de la aeronave. Se pueden detectar grietas en polmeros y ceramicos.La prueba detectara la ruptura de las fibras en materiales compuestos reforzadoscon fibras, as como la falta de union entre fibras y matriz.


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4.2.9. Ferrografa directa (conteo de partculas)

: La ferrografa directa consiste en una medicion cuantitativa de la con-centracion de las partculas ferrosas en una muestra de fluido a traves de laprecipitacion de esas partculas en un tubo de vidrio sometido a un fuerte cam-po magnetico. Dos rayos de luz transportados por fibra optica impactan sobre eltubo en dos posiciones correspondientes a la localizacion en la cual las partcu-las grandes y las pequenas seran depositadas por el campo magnetico. La luzes reducida en relacion a las partculas depositadas en el tubo de vidrio y estareduccion es monitoreada y medida electronicamente. Dos conjuntos de lecturasson obtenidos de las grandes y pequenas partculas (partculas por encima de5 micras y partculas por debajo de 5 micras). Por lo general mas de 20, 000partculas mayores de 5 micras indican una alerta de seguimiento y mas de40, 000 son excesivas e indican problemas de desgaste en componentes ferrososde la maquina.

Material Posible origenSilicio polvo, aditivos antiespumantesCalcio polvo, aditivos detergentesBario Magnesio: aditivos detergentesHierro engranajes y rodamientosCobre babbitt de co jinetes de friccion o

separadores de rodamientosCromo anillos y camisas de pistonAluminio pistonesEstano, Cobre, Plata cojinetesPlomo contaminacion con gasolinaVanadio, Sodio combustible quemado

4.2.10. Espectrofotometra de absorcion atomica (detec-cion de elementos presentes)

Este analisis, en conjunto con el conteo de partculas, es el mas popular enla implementacion de programas de mantenimiento predictivo, debido a que enlos centros industriales, los proveedores de lubricante ofrecen el servicio comoun valor agregado a la venta. El principio basico consiste en someter la muestrade lubricante a una fuente alto voltaje (15kV) en la cual se calienta y liberaenerga. Fenomenos especiales de radiacion se generan, en los cuales se puedendiferenciar y asignar las radiaciones a diferentes frecuencias a elementos especfi-cos constituyentes del lubricante. La intensidad de radiacion a una frecuenciaespecfica es proporcional a la concentracion de su respectivo elemento.

4.2.11. Ferrografa analtica

La ferrografa analtica se posiciona como una de las tecnicas mas impor-tantes para el analisis de aceite. Cuando es implementada correctamente proveegran informacion de causa raz. A pesar de sus capacidades es frecuentemente


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Figura 4.10: Informe de analisis usando tecnica de ferrografa


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Figura 4.11: Espectrometra

excluida de los programas de analisis de aceites, debido a que comparativamente,es bastante costosa. Ademas, es una prueba que requiere tiempo, paciencia yalta habilidad (muy buen ojo) por parte del analista. Por lo tanto, este analisisrepresenta costos significativos que no se presentan en otros analisis de aceites.Por otra parte, los beneficios de la ferrografa analtica son muy representativosal lograr una clara identificacion de modos de falla que ningun otro analisisprovee.

Definicion

El principio de la ferrografa analtica consiste en separar sistematicamente elmaterial particulado suspendido en el lubricante, sobre una plaqueta de vidrio.La plaqueta es examinada bajo el microscopio para distinguir tamano, concen-tracion, composicion, morfologa y condicion superficial de las partculas ferrosasy no ferrosas que caracterizan el desgaste. El examen detallado descubre los mis-terios de las condiciones de desgaste anormal apuntandolo hacia el componentefuente, con un excelente acercamiento a la causa raz del problema.

4.2.12. Composicion de partculas

Se identifican seis categoras de partculas:1. Partculas blancas no ferrosas: frecuentemente son aluminio o cromo.

Aparecen blancas brillantes antes y despues del tratamiento termico. Estan de-positadas aleatoriamente en la plaqueta con grandes partculas detenidas porlas cadenas de las partculas ferrosas.

2. Partculas de cobre: usualmente aparecen como amarillo brillante antesy despues del tratamiento termico, aunque puede cambiar a verde-gris. Estatambien estara depositada aleatoriamente en la plaqueta con partculas grandesa la entrada y pequenas a la salida.

3. Partculas del babbitt: consisten en partculas delgadas de color gris (seven como trozos de lata). Despues del tratamiento siguen grises pero con pun-


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tos azules y rojos, y mas pequenas con apariencia motosa. Su distribucion esaleatoria.

4. Contaminantes: usualmente son residuos de polvo principalmente silicio.Aparecen como unos cristales que son facilmente identificados con la luz trans-mitida (verde). Su distribucion es aleatoria.

5. Fibras: causadas por desprendimientos de filtros y contaminacion externa.Son largas cadenas en variedad de colores y usualmente no cambian su apari-encia despues del tratamiento termico. Algunas veces esas partculas actuancomo filtro colectando otras partculas. Pueden aparecer en cualquier parte delferrograma, aunque tienden a estar en la salida.

6. Partculas ferrosas: se identifican principalmente usando la luz roja (refle-jada) y la luz blanca del microscopia. La luz transmitida es totalmente bloqueadapor la partcula. Se dividen en cinco diferentes categoras:

a. Acero de alta aleacion: las partculas son encontradas en cadenas de colorgris-blanco antes y despues del tratamiento. La forma de diferenciar entre losaceros con alta aleacion y las partculas blancas no ferrosas es la posicion enla plaqueta. Si aparece en cadena es un acero, de otro modo es considerado unblanco no ferroso. Su aparicion en ferrogramas es rara (es lo ultimo que se esperaque se desgaste).

b. Acero de baja aleacion: las partculas se encuentran en cadenas grisblan-cas, pero despues de tratamiento termico aparecen azules, rosas o ro jas.

c. Oxidos metalicos negros: depositados en cadenas de color gris oscuro onegros antes y despues del tratamiento termico. La cantidad de negro determinala severidad de oxidacion.

d. Fundicion de hierro: aparece gris antes del tratamiento y amarillo opacodespues.

e. Oxidos rojos (Herrumbre): la luz polarizada los identifica rapidamente.

Pueden ser encontrados en cadenas con otras partculas ferrosas o depositadasaleatoriamente en la plaqueta. Una gran cantidad de oxidos rojos de pequenotamano en la salida de la plaqueta son consideradas como un signo de desgastecorrosivo. Aparece como una playa de arena roja.

Despues de la clasificacion e identificacion de la composicion el analista pon-dera el tamano de las partculas usando una escala micrometrica en el oculardel microscopio. Partculas con un tamano mayor de 30 micras definen condi-ciones severas o anormales. Frecuentemente la forma de la partcula es una claveimportante sobre el origen del desgaste.

La partcula es laminar o rugosa? Las partculas laminares indican aplas-tamiento en las areas de rodamientos por alta presion o contacto lateral.

La partcula tiene una forma curva similar a una hoz? Esto caracterizadesgaste cortante producido por contaminantes abrasivos.

Tiene la partcula estras en su superficie? Las estras son signos de des-gaste por arrastre sin lubricacion. Puede ser generado en un area donde ocurrenarranques de superficies metalicas.

La partcula es esferica oscura con centro blanco? Las esferas son gener-adas en presencia de fatiga en los rodamientos. Un incremento en ellas indicaexfoliacion.


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2. Análisis de Falla - Análisis, Ensayos y Estudios

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