Analisis Aplicado de Falla 4

8/12/2019 Analisis Aplicado de Falla 4

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MDULO 04

DESGASTES


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- 2 -AFA Mod. 04 Desgastes - Fundamentos

E. SOTO 6 SIGMA DESARROLLO TCNICO

4 -- Al comenzar el examen, deberamos utilizar los 8 pasos aplicables al anlisis delas fallas, porque nos ayudarn a recordar las etapas importantes de un anlisislgico y porque nos ahorrarn tiempo y evitarn confusiones y errores.

Para cada una de las etapas es necesario obtener todos los datos pertinentes,incluyendo el anlisis de las partes desgastadas. Despus de haber estudiado esosdatos en forma lgica, estaremos en condiciones de responder a las preguntassiguientes: "Qu tipo de desgaste se produjo?" "Por qu se desgast la pieza?" y"Quin es responsable del desgaste?"

Una vez que hayamos determinado la causa principal, pasaremos a ejecutar lospasos 6, 7 y 8, es decir, a obtener la recompensa.

Noten el signo de exclamacin alrededor de los "Ocho pasos ..." para indicar laimportancia que tiene la solucin de un problema. Este signo aparecer confrecuencia en esta presentacin y en las siguientes.

5 -- Muchas veces el desgaste es anormal como resultado de lubricacincontaminada o mal funcionamiento de algn sistema hidrulico, de enfriamiento, deadmisin de aire o de combustible. A medida que recogemos datos, debemosinformarnos sobre la cantidad y calidad de los aditivos, acondicionadores y fluidosutilizados, adems de las temperaturas y presiones de operacin. Los datos sobremantenimiento de sistemas, tales como intervalos de servicio y procedimientos dereacondicionamiento son tiles tambin. Posteriormente, cuando consideremos todosestos datos, nos ayudarn a definir el problema y a guiarnos a la causa original.


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6 -- Las informaciones sobre la calidad y cantidad de los lubricantes son muyvaliosas, porque la lubricacin tambin sirve para enfriar los componentes. Porejemplo, si preguntamos haba aceite en el carter?, la respuesta ser si o no,pero seguiremos sin saber la cantidad o la calidad del aceite. Para llegar a la causaprincipal del problema es necesario hacer el tipo de preguntas siguientes: Cul erael nivel del aceite en la varilla?, Cunto aceite haba en el carter?, Qu tipo deaceite se utilizaba? o Qu sugiri el Anlisis Peridico del Aceite?. A medida queobtenemos estos datos debemos anotarlos.

7 -- Al observar las piezas desgastadas, es necesario que determinemos y anotemosdnde se encuentra el desgaste, qu tipo de desgaste se ha producido y qu carga loha ocasionado.

Por ejemplo: un desgaste descentrado puede sugerir que las piezas estndesalineadas o dobladas; el desgaste se va acumulando y las picaduras indican ciertomovimiento de las superficies . La inspeccin con lupa de las reas desgastadaspuede ayudarnos a reconocer las diferentes formas de desgaste.

Como las formas de desgaste dependen de la carga, la identificacin deconfiguraciones anormales de desgaste nos puede guiar a la identificacin decondiciones de carga perjudiciales.

Los datos que obtengamos no deben guardarse en la memoria, sino meticulosamenteen el papel, para que el grupo que hace el anlisis de fallas pueda utilizarlas.


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8 -- Hay muchos tipos de desgaste, pero los siete que damos a continuacin son losms comunes:

-por abrasin- por adherencia

- corrosin- erosin- erosin por cavitacin- fatiga por contacto- desportillamiento por rozadura

Cada uno de ellos tiene su propia apariencia y proviene de condiciones especficas.Por lo tanto, al reconocer un tipo determinado de desgaste, estamos reconociendoindirectamente las condiciones que lo causaron.

9 -- El desgaste por abrasin es el ms comn. Se produce cuando partculas duras yms grandes que la pelcula de lubricante se introducen entre dos superficies mviles.Esas partculas cortan las superficies blandas, las rayan y producen desechossecundarios. Las superficies duras no se cortan tan fcilmente, pero al rozar con losdesechos pueden generar ms calor. Con buena lubricacin se disipa el calorgenerado y se produce poca elevacin del calor en las superficies.

Si el desgaste por abrasin aumenta, las superficies se ponen speras, pueden entraren contacto, a pesar del lubricante, y generar ms calor del que ste puede enfriar.Esto ocasionar desgaste secundario por adherencia. La persona que examine lapieza deber hacerlo cuidadosamente para distinguir el desgaste secundario poradherencia y el que se origina por abrasin.


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10 -- Ejemplos de partculas abrasivas son las virutas de acero y aluminio, la arenapara machos, restos de pintura, suciedad y otras materias extraas. Si esaspartculas son grandes, es posible que se hayan producido durante la fabricacin, elmantenimiento o las reparaciones. Si son pequeas, pueden haber entrado durante la

operacin o por un mantenimiento inadecuado. El desgaste por abrasin sedetermina fcilmente, pero lo que se busca es la causa, es decir "Qu tipo dedesechos son y de dnde provienen?" Por lo tanto, en un anlisis del desgaste porabrasin es muy importante tener todos los datos sobre las partculas abrasivas,porque esto nos lleva a su origen y a comunicarnos con el miembro del equiporesponsable de la falla.

11 -- La superficie blanda de este cojinete de biela de la familia 3600 no slo estrayada profundamente y con partculas duras incrustadas, sino que tiene incrustados

desechos secundarios.El cojinete principal contiguo a ste no se da. Por lo tanto, los residuos debenhaber quedado en los conductos de lubricacin al perforar el cigeal o en el cojinetemientras se armaba. La persona que examine la pieza deber sacar algunas de laspartculas duras que estn incrustadas y anotar su tamao, forma, propiedadesmagnticas y color. Por lo general, estos datos son suficientes para determinar dednde provienen los desechos o para ponernos a buscar datos en otra direccin.


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12 -- Las partculas de desgaste no se incrustan fcilmente en las superficies duras,

pero pueden producir rayaduras por abrasin. Aqu vemos un ejemplo de esto en unanillo superior de un pistn. Empecemos por lo ms importante y preguntemos Quapariencia tiene actualmente el anillo?, Qu apariencia tena originariamente?,Cul es el grado de desgaste?, Cunto tiempo hace que el anillo est en uso? yEntraron materias extraas en el sistema de admisin de aire o en alguna otraparte?

Si los otros anillos superiores estn en condiciones similares, es posible que hayauna contaminacin en el sistema de admisin de aire y deberamos buscar all datosde entrada de suciedad.

Es necesario anotar el tamao, la forma, ubicacin y frecuencia de las rayaduras.Tambin debemos examinar otras piezas que pudieran haber estado expuestas amateriales abrasivos y anotar todos los datos obtenidos durante ese examen.

13 -- El desgaste por adherencia es el que ms rpido se desarrolla. Se producecuando dos superficies mviles entran en contacto sin adecuada lubricacin nirefrigeracin. Al rozar una con la otra, generan calor por friccin, elevan latemperatura de la superficie hasta el punto de fusin y se adhieren.


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14 -- Cuando la superficie mas dbil aparece pulida o manchada, estamos frente alprimer indicio de desgaste por adherencia. Si hay manchas, quiere decir que lasuperficie ha alcanzado temperaturas de fusin. Recordemos, sin embargo, quedebido a la conduccin del calor, al entrar en los niveles ms profundos del metal, lastemperaturas descienden rpidamente y la fusin se produce slo en las capassuperficiales.

Si varias piezas tienen manchas de adherencia, es necesario buscar las causas enlos sistemas. Los indicios quedan grabados en las piezas y nos llevan a losproblemas que tiene el cliente.

Estos cojinetes funcionaron durante cinco minutos sin presin de aceite,producindose dao permanente por adherencia.

15 -- A medida que avanza el desgaste, una de las superficies se atasca y se sueldaa la otra, sacndole a la ms blanda pedazos de metal. Este faldn de pistn seadhiri a la camisa del cilindro por lo que se rompieron las secciones recalentadas ydebilitadas. Como no vemos atascamiento en el rea de los anillos, sabemos queeste desgaste comenz en el faldn. Esto nos sugiere que examinemos los otrospistones y que reunamos datos sobre los sistemas y las condiciones que pudieronhaber causado las altas temperaturas del faldn. Si los dems pistones estn bien,hay que reunir datos sobre la lubricacin y la refrigeracin del pistn averiado.


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16 -- Si la pieza sigue funcionando, el desgaste por adherencia producir temperaturade fusin que terminar por reducir la resistencia del metal y ocasionar una rotura.Aunque la pieza est hecha pedazos, la limpieza cuidadosa, el orden y examen de lospedazos nos revelarn las causas. Este pistn funcion hasta que se destruy en unmotor sin refrigerante.

17 -- Se produce erosin cuando los fluidos de movimiento rpido acarrean partculasque chocan contra las superficies a alta velocidad y producen un impacto muy fino ydao por abrasin. Por lo general, la superficie desgastada tiene una aparienciagranallada o sin brillo.

El desgaste por erosin ocurre en todos los sistemas del motor. Los filtros y losintervalos de cambio de filtros han sido diseados con el fin de controlar el desgastepor erosin (y el desgaste por abrasin) para mantenerlo dentro de los lmitesaceptables. Cuando los clientes utilizan filtros de la competencia pueden perder elcontrol de desechos y cuerpos extraos que se logra con los filtros Caterpillar. Enconsecuencia, se puede producir desgaste por erosin o por abrasin a limitesinaceptables.


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18 -- Si las piezas se rompen o se aflojan, el desgaste por erosin puede empezarrpidamente. En este ejemplo se rompi el retn del pasador de biela y las piezasflojas erosionaron gravemente el agujero para el pasador de biela. Al estudiar el dao,ntese que la erosin es peor en la parte superior del agujero. Esto se debe a lacarga y al movimiento del pistn contra el retn roto (el movimiento descendente delpistn es ms violento y sbito que el ascendente) .

19 -- Aqu vemos un caso de desgaste por erosin producido por la fractura de unanillo de pistn. Ntese nuevamente que el dao es mayor encima del anillo quedebajo del mismo. Despus de reunir los datos sobre el desgaste debemos estudiarlas posibles causas de la fractura del anillo.


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20 -- La erosin por cavitacin se produce cuando se rompen burbujas gaseosascontra superficies metlicas . Todos los lquidos contienen gases disueltos queforman burbujas en reas de baja presin. En condiciones anormales de uso sepueden producir ms burbujas gaseosas que las previstas. Cuando entran en lasreas de alta presin, las burbujas revientan por la presin produciendo un chorro defluido que da contra la superficie metlica a velocidades supersnicas. Esto forma aveces grietas finas que se unen entre s hasta que pequeas partculas sedesprenden dejando el metal con picaduras. Se pueden formar burbujas cuando:

1. los lquidos llegan al punto de ebullicin;2. los fluidos pasan por las cavidades con mucha rapidez (principio de Bernoulli)3. las piezas se mueven dentro de un fluido, creando reas de baja presin (Ej. :

vibracin de una camisa de cilindro) ;4. las presiones estticas del sistema son bajas (Ej. : tapa de radiador en mal

estado, funcionamiento del motor a grandes alturas);5. las restricciones de admisin producen cavitacin en la bomba de fluidos;6. las prdidas en la lnea de aspiracin dejan entrar burbujas de aire;7. los bajos niveles del fluido producen aeracin del mismo.

Estas condiciones son normales en los motores diese1 y por lo general ocurren almismo tiempo. En los sistemas de enfriamiento se usan acondicionadores para crearuna capa de proteccin que impide a las burbujas entrar en contacto con los metales.Al tratar de determinar la causa principal de la erosin por cavitacin, es importanterecordar estos datos.

21 -- Esta camisa spera se ha picado por cavitacin. Solo una parte de la camisaesta daada. Al desarmarla, vemos que esa parte va entre las camisas. Deberamospreguntarnos: I1A cuntas condiciones de uso diferentes se debe la erosin porcavitacin de esta camisa?" Para responder, hay que informarse debidamente.


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22 -- Los cojinetes usados de un motor suelen estar erosionados por cavitacin. Larotacin del eje y la presin de los gases en los cojinetes de biela y cojinetes debancada crean reas de baja y alta presin (la 3ra. condicin mencionadaanteriormente). Las zonas de baja presin producen burbujas de vapor y las de altapresin hacen que esas burbujas exploten. Cuando esto ocurre, la superficie delmetal sufre un esfuerzo y se desarrollan grietas finas que, una vez unidas, formanpicaduras. Las diferentes aplicaciones de los motores producirn distintos tipos deerosin por cavitacin.

23 -- Esa erosin puede daar las cajas de aluminio de los sistemas de enfriamiento,especialmente si hay restricciones en la succin que reducen la presin y producencavitacin por los fluidos en el rodete de la bomba. Las burbujas se forman del ladode baja presin (succin) y revientan violentamente en el lado de presin alta(descarga).

24 -- Al agrandar esta imagen, vemos una superficie centelleante, picada y comocristalizada, tpica del aluminio fundido.


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25 -- La fatiga por contacto se produce cuando una superficie se desliza o ruedacontra otra, desarrollando un esfuerzo elevado, un movimiento de las superficies ygrietas por fatiga en una o ambas superficies. Estos esfuerzos se producen si:

1. la carga es excesiva,2. las superficies de desgaste estn desalineadas y concentran los esfuerzosnormales en un punto, o3. la calidad o cantidad del lubricante no corresponde y la lubricacin es

deficiente.

Se puede producir desplazamiento de las superficies si las cargas aplicadas sonexcesivas o si la pieza misma es demasiado dbil y no puede aguantar las cargasnormales. Los movimientos cclicos continuos que sobrepasan los limites de lasespecificaciones de diseo ocasionan grietas, picaduras y descascarilladodesignados fatiga por esfuerzos de contacto.

26 -- Si hay contacto por deslizamiento, la carga va en la direccin del deslizamiento ycrea un movimiento cclico de "tire y afloje en las superficies. Si ese movimiento esdemasiado grande, empiezan a formarse grietas que se agrandan hasta picar lassuperficies. Esta nueva condicin crea un esfuerzo mayor, lo que a su vez aumentalas picaduras. Las materias que se desprenden pueden entrar en el sistema delubricacin y producir desgaste secundario por abrasin.

27 -- Si hay contacto por rodamiento, la carga es perpendicular a la superficie, lo cualcrea flexin cclica de la superficie ms dura contra el ncleo ms blando. Estemovimiento de la superficie produce grietas por fatiga entre la superficie y el ncleo.

Las grietas se unen y avanzan hacia arriba, a la superficie, dejando que sedesprendan pedazos grandes de material y que la superficie se descascarille.


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28 -- Qu tipo de carga ocasion fatiga por contacto en este rbol de levas:rodamiento o deslizamiento? Cules podran haber sido las causas?.

29 -- Qu tipo de carga produjo fatiga por contacto en este cojinete: rodamiento odeslizamiento? Cul podra haber sido la causa?


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30 -- La corrosin es un cambio qumico y representa un deterioro de la superficiemetlica. El mineral no afinado es metal oxidado. El mineral se afina para producirmetal puro, pero ste es menos estable. Los metales tienen la tendencia a oxidarsenuevamente, es decir a hacerse ms estables; eso ocurre cuando estn en presenciade un electrolito (solucin lquida que tiene elementos qumicos elctricamentepositivos y negativos). La corrosin es, por lo tanto, el proceso de volver a un estadooxidado ms estable.

31 -- Toda corrosin es de naturaleza electroqumica. La actividad electroqumicarequiere la presencia de un ctodo (rea menos activa del metal) y un nodo (reams activa) rodeados por un electrolito. Estos son los mismos componentes bsicosde las bateras que usamos todos los das.

Las superficies metlicas pueden tener numerosas reas andicas y catdicas,debido a las impurezas o imperfecciones de la estructura granular del metal. Durantela corrosin, el metal andico pasa al electrolito donde se combina con oxgeno paraformar xidos metlicos. En este proceso se desprende hidrgeno que se acumula enel ctodo protegindolo contra la remocin de metal. Esta actividad contina hastaque quedan destruidas las reas andicas o hasta que se saca el electrolito.

32 -- Mencionemos a continuacin algunos de los numerosos tipos de corrosin:

1. corrosin general, donde un metal se expone a un electrolito;2. corrosin galvnica donde dos metales diferentes estn presentes dentro de

un electrolito;3. por alta temperatura, donde la superficie caliente del metal est expuesta al

aire y se oxida.


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33 -- Corrosin general: se produce cuando un electrolito entra en contacto con elmetal. Aqu, las gotitas de agua que permanecieron en la superficie de la biela eran elelectrolito. La superficie debajo de cada una de ellas se ha corrodo (oxidado).

34 -- Observando con una lupa, vemos que hay picaduras. Podemos quitar el xidode la superficie pero no podemos restaurar la superficie a su condicin original. Estaspicaduras pueden ser extremadamente perjudiciales en las reas que soportancargas altas.

35 -- La actividad del electrolito puede aumentar en presencia de cidos. La parteinferior del vstago de esta vlvula se pic considerablemente al aumentar el nivel decido sulfrico del electrolito. A continuacin, debemos obtener datos sobre lascondiciones que permiten este exceso de cidos; condiciones tales como combustible

o aceite inapropiados , intervalos largos entre cambios de aceite o bajas temperaturasdel refrigerante.


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36 Algunos metales son mas activos que otros; en presencia de un electrolito, lacorrosin empezar por el metal mas activo (nodo). Este proceso se denominacorrosin galvnica. Una serie galvnica representa una lista de metales clasificados

de mayor a menor actividad. Aqu vemos la serie galvnica para los metales enelectrolito de agua de mar.

Si se atornilla una pieza de aluminio a una caja de hierro fundido y ambas estn encontacto con el agua de mar, la pieza de aluminio se convierte en nodo y se corroe.

37 -- En esta imagen vemos un tubo de un enfriador de aceite, donde el cido delaceite aceler la corrosin, picando el cobre debajo de un deflector de acero. Estetubo va colocado en una seccin de poco flujo del enfriador. Parece que ha habidouna combinacin de corrosin general (por el cido) y corrosin galvnica (por el

deflector de hierro y el tubo de cobre).


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38 -- A temperaturas elevadas los tomos de un metal se mueven con ms rapidez y,en consecuencia, los tomos de oxgeno se mezclan mejor y se combinan msfcilmente con los del metal. Este protector antitrmico de turboalimentador estprofundamente picado y descascarado debido a la corrosin por alta temperatura.

39 -- Como proteccin contra la corrosin:

1. Evitar el contacto con electrlitos2. Evitar el paso de corrientes elctricas entre los metales y los electrlitos3. Pintar o revestir los metales4. Usar aleaciones metlicas5. Hacer que el nodo sea mayor que el ctodo6. Usar nodos de sacrificio (uniendo fsicamente a un nodo existente un metal

nuevo ms activo para transferir la corrosin a ese metal nuevo).

40 -- Cuando se utilizan nodos de sacrificio, ambos metales (por ejemplo el acero deuna estructura de un barco y el nodo de sacrificio) estn en contacto con elelectrolito. A medida que hay corrosin, el nodo se cambia peridicamente. Aquvemos un nodo de sacrificio de zinc protegiendo a una plancha de acero sumergidaen agua de mar.


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41 -- El ltimo tipo que vamos a estudiar se denomina desportillamiento por rozadura.Se produce cuando dos piezas que deben casar exactamente tienen cierto espaciopara moverse, produciendo una soldadura por resistencia en las pequeasirregularidades de la superficie. El movimiento continuo hace que se desprendanpequeos trozos de cada superficie. Estos trocitos se corroen y forman xidos de uncolor marrn rojizo. De vez en cuando esos xidos se depositan en una de lassuperficies en acumulaciones duras de forma irregular. Esta acumulacin a menudointerfiere con los espacios libres de las piezas nuevas durante losreacondicionamientos o puede provocar picaduras en los puntos de altos esfuerzos.Por esto, antes de instalar piezas nuevas, es importante inspeccionar las piezasusadas y ver si hay desportillamiento por rozadura o si tienen acumulaciones dexido.

42 -- Este perno de biela muestra un caso tpico de desportillamiento por rozadura.Noten las picaduras y la formacin de polvo de xido color marrn rojizo.


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43 Los sujetadores flojos permitieron movimiento entre la tapa y la biela y dejaronseparadas las dos mitades del cojinete (por falta de presin) permitiendo que elcojinete se moviera dentro de su asiento en la biela. Aqu el dao ms grave seprodujo en la tapa de la biela y en la biela misma.

44 -- La inspeccin de la biela con una lupa indica que se produjo soldadura porresistencia de asperezas y que se desprendieron trozos de material.

45 -- Se debe hacer siempre una inspeccin de las superficies que casan cuandoencontramos desportillamiento por rozadura. Slo as podemos darnos una ideacompleta del dao para asegurarnos de que no haya acumulacin de xido enninguna parte. La inspeccin minuciosa es particularmente importante si estamosconsiderando el reacondicionamiento del producto sin volver a labrar las reascrticas.


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46 -- Si se produce desportillamiento por rozadura en reas que soportan muchacarga, como en el caso de esta bancada, se debe descartar la pieza oreacondicionarla antes de volver a usarla. Cuando se efecta un reacondicionamientoen el bastidor y las bancadas no se pueden examinar visualmente por no habersedesmontado, se puede examinar la cara posterior de los cojinetes usados para ver simuestra evidencia de desportillamiento por rozadura. Si hay evidencia puede sernecesario desarmar y examinar ms componentes.

47 -- Si reutilizamos piezas daadas, pueden terminar fracturndose. Esta tapa decojinete se rompi porque tena picaduras profundas, ocasionadas pordesportillamiento por rozadura en el rea donde las cargas son ms elevadas.

48 El perno de esta biela se da a causa del desportillamiento por rozadura queprodujo picaduras en el rea de mayor carga. Si se vuelve a utilizar un perno en estacondicin, puede producir una falla importante.


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49 -- Aqu vemos un perno como el anterior que se reutiliz teniendo desportillamientopor rozadura. El perno se fractur a las pocas horas del reacondicionamiento y causla destruccin total de un motor.

50 -- Aqu se ven varias picaduras, pero la que caus la fractura del perno es lasealada por la flecha. En la seccin siguiente, sobre fracturas, veremos cmo lapicadura puede debilitar el perno y causar la falla.


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51 -- S i comprendemos bien los tipos de desgaste y su apariencia, a medida queobtenemos y evaluamos los datos podemos reconocer los problemas e identificar lascausas ms rpidamente. Necesitamos recordar que hay que verificar las condicionesambientales y hacerse la pregunta de la doble verificacin: Es posible que la fallahaya sido causada por otro miembro del equipo? Despus de todas estasverificaciones estamos en condiciones de identificar el origen del problema. Terminaall nuestra tarea?

52 -- Despus de haber determinado lgica y sistemticamente la causa msprobable, no debemos olvidar los pasos 6, 7 y 8 aplicables al Anlisis de Fallas. Estospasos nos ayudan a OBTENER LA RECOMPENSA! permitiendo que noscomuniquemos con el miembro del equipo responsable de la falla, que hagamos lasreparaciones segn instrucciones de la parte responsable y que continuemos encontacto con el cliente para asegurarnos de que ha quedado completamentesatisfecho.


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