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ANÁLISIS DE FALLAS MECÁNICAS

ANALISIS DE FALLAS MECANICAS

Indice

Capitulo I: Análisis de fallas .......................................................................................... 1

1.1 Análisis de fallas ............................................................................................... 1 1.2 Tipos de fallas ................................................................................................... 1 1.3 Reducción de fallas ........................................................................................... 2

1.4 Fallas en rodamientos ...................................................................................... 2 1.4.1 Deformación de las superficies .................................................................... 2 1.4.2 Fatiga del material. ........................................................................................ 2 1.4.3 Características de las fallas .......................................................................... 3

1.5 Fallas en descansos ......................................................................................... 3 1.5.1 Reconocimiento y manifestación ................................................................. 3 1.5.2 Fallas típicas en descansos .......................................................................... 4

1.6 Fallas en engranajes ......................................................................................... 5 1.6.1 Fallas típicas de engranajes ......................................................................... 6

Capitulo II: Averías en los sistemas hidráulicos ......................................................... 7 2.1 Generalidades. .................................................................................................. 7 2.2 Diagramas para la localización de averías. ..................................................... 9

2.3 Normas de seguridad para la detención de las máquinas ............................ 9 2.4 Localización de fallas y averías en bombas hidráulicas ............................. 10

Capitulo III: Sistemas de aire y compresores industriales ....................................... 13 3.1 Sistema de compresión .................................................................................. 13 3.2 Diagnóstico de fallas de compresores .......................................................... 13

ANALISIS DE FALLAS MECANICAS

Introducción Este MANUAL está dirigido a los supervisores de la empresa K+S, su objetivo es ayudar a recordar, actualizar y reforzar los conocimientos ya adquirido. Sin lugar a dudas el buen desempeño laboral se logra en la medida que se consigue compatibilizar eficientemente, el conocimiento, la actitud y el quehacer con el cargo que tienen que desempeñar para de este modo alcanzar los objetivos de la empresa. De esta manera la empresa podrá asegurar que su personal adquiera nuevas competencias a través de la capacitación, logrando alcanzar de este modo los requisitos de las competencias del cargo, en su área de desempeño.


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Capitulo I: Análisis de fallas 1.1 Análisis de fallas

1.2 Tipos de fallas

Catastrófica (Cortocircuito, quebradura, etc.)

No Catastrófica (Exceder límites de tolerancia)

Tempranas (Defecto de fábrica, calidad, etc.)

Constantes Sobrecarga ocasional Pérdida de resistencia Desgaste


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1.3 Reducción de fallas

Diseño y construcción.

Selección y calidad del material.

Instalación correcta.

Pruebas de aceptación.

Trabajo dentro rangos (presión, velocidad, T°, etc.)

Programa de mantención.

Mantención predictiva (Espectrofotometría, Ferrografía, Termografía, Análisis de Aceites, Ultrasonido, líquidos penetrantes, Rayos X, Vibraciones)

Programa de mantenimiento.

Mantención predictiva.

Mantención preventiva (Cambios de aceites, sellos, etc.)

Mantención Correctiva (Cambio de elementos, etc.) 1.4 Fallas en rodamientos La carga sobre un rodamiento produce elevadas presiones entre las superficies de contacto de los elementos de rodamiento y sus pistas. Esfuerzos de compresión superior a 35.000 Kg/cm2. 1.4.1 Deformación de las superficies

Radial Es mayor en el punto de máxima presión y es menor en los puntos adyacentes en donde la presión es más reducida.

Axial Soportan una carga constante, la presión sobre los elementos de rodamiento y la consiguiente deformación resulta uniforme 1.4.2 Fatiga del material. El constante y permanente esfuerzo de las superficies de contacto, debilita gradualmente la estructura inmediata a la superficie del metal, hasta la aparición de grietas microscópicas, desprendimientos de partículas metálicas, deformación y finalmente la falla.

Fallas por fatiga a) Intensidad de los esfuerzos, carga, cantidad, tamaño, forma, contorno de las

pistas.


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b) Cantidad y repetición de esfuerzos aplicados c) Erosión:

Remoción de material debilitado por la fatiga y la corrosión, desprendimientos en línea en la dirección de la corriente de aceite.

Cavitación, vacío en el líquido (carga sobrepasa la entrega de la bomba). d) Desgaste, abrasión y rayado. Presencia de materias extrañas aceitosas en las

superficies. 1.4.3 Características de las fallas

Desgaste normal y desprendimiento debido a fatiga de material.

Prematura, resultado de muchos factores (lubricación, agua, ácidos etc.)

Carga excesiva sobre las bolas, producida por golpe o esfuerzo fuera de rango

Agujero deformado, produce pequeñas vibraciones entre rodamiento y asiento.

Desalineación entre cubeta – eje, cubeta – alojamiento.

Abrasivos producen rápido desgaste.

Impacto producido en la manipulación o montaje.

Roce severo entre aro interior y eje.

Corrosión por roce y ruptura, contacto incorrecto.

Humedad en el lubricante, causando herrumbre.

Falso temple causando remoción de metal de la superficie por atrición.

Grietas y ondulaciones en la superficie de la pista.

Astillamiento o resquebrajadura.

Esmerilamiento los rodillos son arrastrados por el anillo interior.

Soldadura cuando el lubricante no es el adecuado. 1.5 Fallas en descansos

Fatiga (grietas, ralladuras)

Atascamiento (aleaciones, Cu - Pb)

Corrosión (Cu – Pb – Cd)

Erosión (Agua, Ácidos)

Abrasión y escoriamiento (Película lubricante) 1.5.1 Reconocimiento y manifestación a) Fatiga: Se produce en cargas cíclicas donde el material esta recubierto con

aleaciones de metal blanco. Modo de determinarla es por:

Resistencia de la aleación

Carga unitaria

Temperatura de operación


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b) Atascamiento: Cuando se produce la rotura de la película de aceite, hay fricción

metal con metal. c) Corrosión: Desprendimientos de partículas que producen ácidos, con lo cual el

metal sufre deformaciones en forma gradual. d) Erosión: Producto del desplazamiento de la corriente en una misma dirección. e) Abrasión: Desprendimiento de metales los cuales quedan atrapados en las

superficies de contacto. 1.5.2 Fallas típicas en descansos

Fatiga, consiste en rajaduras, levantamientos o desprendimientos del recubrimiento principalmente de metal blanco.

Atascamiento de un cojinete trimetal, la resistencia se obtiene con la forma y suavidad de la superficie.

Corrosión de un cojinete con aleación a base de plomo, se corroe más lentamente que cuando el plomo esta libre, depende de las condiciones.

Erosión del tipo cavitación sobre la superficie, dependiendo la velocidad del eje, diseño de las canaletas y vibración.

Desgaste de la parte central del eje, temperatura de operación, particularmente si la superficie muestra exudados de plomo, decoloración oscura o fundición.

Protuberancia del eje causada por ranura sobresaliente, por lo tanto generará cargas excesivas en esos puntos.

Grietas y levantamiento del aluminio, para determinar duración del descanso resistencia de la aleación, presión unitaria, temperatura de operación.

Desalineamiento en la unión, resultarán cargas excesivas.

Vibraciones excesivas producirán marcas, el análisis es fundamental para un buen control, cuidados en los aprietes y ajustes de pernos de la base.

Barrido de superficie y principio de atascamiento ocasionado por conocidad del eje, puede ocasionar rotura de la película lubricante y la falla del metal blanco.


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Arqueamiento y rajadura del acero, ocasionado por el barrido de la superficie.

Rayado de la superficie ocasionada por polvo y suciedad.

Corrosión y fatiga de un cojinete a base de Cu – Pb. 1.6 Fallas en engranajes La falla de un engranaje en una maquinaria de un sistema de control de proceso, significa pérdida de producción, con las consecuencias conocidas, es deber del mantenedor detectarla (Mantención Predictiva).

Destrucción

Fatiga de la superficie Excoriación Flujo plástico Abrasión

Implica

Pérdida de metal Rugosidad en superficies Alteración de perfiles

Detección

Operación no satisfactoria debido a ruidos Grado de destrucción muy elevado

Términos utilizados

Picadura Abrasión Ralladura Desprendimiento Arrastre Desgaste Corte Abolladura Adherencia Laminado Impacto Excoriación


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Clasificación de fallas

Fatiga de la superficie Desgaste y ralladura Flujo plástico Ruptura de diente Otros

1.6.1 Fallas típicas de engranajes

Desgaste por pérdida de la superficie del diente, perfil o rugosidad debido al contacto metal con metal.

Desalojamiento plástico, rebabas en los extremos y en la parte superior del diente, producto del golpeteo metal con metal.

Fracturas por fatiga, resultado de excesivas repetición de esfuerzos flexionantes que sobrepasen el límite de resistencia del material.

Ondulamiento, se produce cuando el engranaje es sometido a carga elevada y baja velocidad.

Abrasión, proceso que se auto alimenta ya que forma elemento de pulir.

Rayado originadas por rebabas metálicas que penetran en el punto de engrane.

Desalineamientos por paralelismo y fuera de plano.

Sobrecargas producen picaduras, fracturas, etc. Principalmente Afectando los materiales más dúctiles.

Picadura destructiva, descantillado o desprendimiento (astillas) aumenta de tamaño destruyendo la forma del diente.


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Capitulo II: Averías en los sistemas hidráulicos 2.1 Generalidades. El objetivo de este apéndice es suministrar un enfoque lógico para la localización y reparación de averías en un Sistema Hidráulico que puede extenderse para abarcar máquinas específicas en todas las áreas de la industria. Los principios fundamentales que se desarrollan aquí (Control del Caudal, de la Presión, y de la Dirección) pueden aplicarse al tren de laminación de una acería, al cabrestante de un pesquero de arrastre, a equipos de minería, equipos industriales, etc. Probablemente, la ayuda mayor para la localización de averías proviene de la confianza que da el conocimiento del sistema. Puesto que cada uno de estos componentes tiene una finalidad determinada, debe entenderse completamente su construcción y características de funcionamiento. Por ejemplo, el saber que una electro válvula distribuidora puede ser accionada manualmente puede ahorrar un tiempo considerable en el desmontaje del solenoide defectuoso. Es también importante conocer las capacidades del sistema. Cada uno de sus componentes tiene un caudal, par, o presión nominales máximos. Si se hace funcionar el sistema a valores más elevados, se aumenta bastante la posibilidad de fallas. Deben conocerse y comprobarse siempre con un manómetro, las presiones correctas de funcionamiento del sistema. El esquema del Circuito Hidráulico debe llevar siempre anotadas estas presiones. En caso negativo, hay que suponer que la presión correcta de funcionamiento es la más baja que permita un funcionamiento adecuado del sistema y sea inferior a la presión nominal máxima de los componentes y de la máquina. Una vez hayan sido establecidas las presiones correctas, hay que anotarlas en el esquema hidráulico para futuras referencias. La comprensión del sistema incluye también el conocimiento adecuado de las señales de mando y niveles de realimentación, así como los ajustes y las ganancias en los sistemas con servo válvulas. Ocasionalmente, un proceso que no parece complicado como volver a colocar un sistema o el cambio de una pieza de un componente puede originar problemas. Los puntos que se comenta a continuación pueden ayudar a evitar complicaciones.

Cada componente del sistema debe ser compatible con los otros elementos del mismo. Como ejemplo, colocar un colador no adecuado a la entrada de una bomba puede originar cavitación con el daño consiguiente para la máquina.


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Todas las tuberías deben dimensionarse correctamente y estar libres de curvaturas restrictivas. Una tubería subdimensionada o con restricciones origina una pérdida de presión.

Algunos componentes deben instalarse en una posición específica, con relación a otros componentes o tuberías. Por ejemplo, la carcasa de una bomba de pistones en línea, debe de estar siempre llena de fluido para fines de lubricación.

Aunque no es esencial para el funcionamiento del sistema, la colocación de puntos adecuados de comprobación para lecturas de manómetros facilita también la localización de avería.

La capacidad para reconocer indicadores de problemas en un sistema determinado se adquiere usualmente mediante experiencia. Para ayudar a este proceso, hay que analizar el sistema y desarrollar una secuencia lógica para los ajustes de las válvulas, fines de carrera mecánicos, enclavamientos, y controles eléctricos. Frecuentemente, puede conseguirse el seguimiento de los caudales escuchando su paso por las tuberías o palpándolas para un calentamiento excesivo. Trabajando regularmente con el sistema, puede desarrollarse una guía de causa y efecto de las averías, similar a las tablas que se presentan en este apéndice. El tiempo inicial invertido en esta tarea puede ahorrar posteriormente, muchas horas de paro del sistema. Aunque la localización y reparación de las averías son una parte normal de funcionamiento de un sistema, regularmente un sistema sencillo de mantenimiento basado en los tres puntos que se exponen a continuación con lo que puede mejorarse mucho el funcionamiento, rendimiento, y vida del sistema. Mantener en el sistema la cantidad adecuada de fluido hidráulico correcto que esté limpio y tenga la viscosidad adecuada, cambiar y limpiar frecuentemente los filtros y los coladores. Mantener las conexiones las suficientemente apretadas de forma que el aire no pueda penetrar en el sistema, pero sin distorsionarlas. Cualquiera que sea el sistema de localización de averías que se realice, la consideración más importante es siempre la seguridad. Aunque a mayoría de las prácticas adecuadas de seguridad son sentido comunes, la tensión debida a una situación de averías pude originar que se pase por alto un riesgo potencial. Por este motivo, es una buena idea establecer un proceso regular de parada, que debe efectuarse ante de iniciar el trabajo en el sistema.


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Las mismas condiciones de seguridad nuevo proceso de puesta en marcha que debe seguirse, una vez se han efectuado las reparaciones y el sistema está preparado para funcionar otra vez. 2.2 Diagramas para la localización de averías. Estos diagramas se han dispuesto en cinco categorías principales. El título de cada uno de ellos es un síntoma que indica algún mal funcionamiento en el sistema. Por ejemplo, veamos el diagrama (ruido excesivo). La bomba ruidosa puede verse anotados en orden de probabilidad de aparición o facilidad de comprobación, hay cuatro motivos posibles por los que una bomba puede volverse ruidosa. Para cada uno de ellos, la solución puede verse en la parte inferior de la página. 2.3 Normas de seguridad para la detención de las máquinas


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2.4 Localización de fallas y averías en bombas hidráulicas Problema: Bomba hidráulica con ruido anormal.

Falla Causa probable Solución

Aire en el fluido

Filtración de aire a línea de succión.

Verificar líneas.

Bajo nivel de fluido en estanque acumulador.

Reponer nivel correcto.

Fluido incorrecto, formación de espuma.

Utilizar aceite que cumpla con las especificaciones.

Filtro de líneas de succión actúa como trampa de aire.

Instalar filtro adecuado

Cavitación

Fluido muy frío, viscoso o pesado.

Utilizar el aceite que cumpla con las normas.

En condiciones de baja temperatura ambiente espere que el fluido hidráulico alcance una temperatura mínima para operar de 10 ° C.

Diámetro en línea succión muy reducido.

Verificar línea de succión.

Filtro en línea de succión, capacidad reducida.

Instalar filtro adecuado.

Filtro en línea de succión saturado.

Reemplazar filtro.

Filtro del respiradero obstruido.

Reemplazar filtro.

Presión de sobrealimentación.

Regular presión de alimentación.

Relleno muy bajo. Rellenar niveles de aceite,

para no generar succión de aire.

Flujo de relleno muy pequeño para las condiciones dinámicas.

Probable desgaste excesivo de la bomba de relleno.

Cambiar sellos de la bomba.


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Falla Causa probable Solución

Eje desalineado

Instalación defectuosa. Reinstalar de acuerdo a

procedimiento.

Deformación en el montaje. Reemplazar partes dañadas y

reinstalar correctamente.

Interferencia Axial. Revisar el correcto adaptador

de la caja de bombas.

Adaptador defectuoso. Reemplazar adaptador a caja

de bombas.

Falla mecánica Partes y componentes

dañados o con desgaste. Desarmar y reemplazar partes

y componentes

Cargas excesivas

Reducir ajuste de presión. No deben alterarse las presiones originales del sistema hidráulico.

Reduzca velocidad, equipo operando por sobre velocidad máxima a plena carga

Contaminantes en el fluido.

Mantenimiento incorrecto del filtro.

Cambio de filtro.

Filtro incorrecto Utilice solo el adecuado.

Introducción del fluido sucio al sistema.

Cambio de retenes o sellos.

Abertura en el depósito de aceite.

Sellar o cerrar abertura.

Filtro del respiradero dañado.

Reparar respiradero.

Agua en el sistema

Condensación. Drene el agua periódicamente.

Mantenga los niveles de aceite.

Respiradero defectuoso. Reemplace o repare.

Hábito de limpieza

incorrecto.

Mantener limpia las condiciones de operación de la bomba.

Válvula de alivio Ajustada a una presión muy

baja.

Comparar con presión de trabajo, regule a la presión indicada en el manual.

Ajuste a la presión utilizando un manómetro calibrado.


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Figura 1. Bomba Hidráulica


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Capitulo III: Sistemas de aire y compresores industriales 3.1 Sistema de compresión El sistema de compresión de aire es una parte integral de una maquinaria. El aire comprimido es utilizado en los siguientes procesos:

Refrigeración general

Limpieza del pozo, barriendo los recortes

Soplado de los recortes desde los elementos filtrantes

Alimentación al sistema de lubricación

Alimentación a herramientas de servicio Los compresores de baja presión, poseen tres sistemas

Sistema cerrado de lubricación

sistema de aire comprimido

sistema de regulación. El sistema de regulación consiste de un estanque separador, una bomba de aceite, un enfriador con una válvula termostática y un sistema de filtrado del aceite. 3.2 Diagnóstico de fallas de compresores

Problema: Sobrecalentamiento, alta temperatura de descarga

Causa probable Solución

Enfriador de aceite del compresor externamente cubierto con aceite, grasa o suciedad.

Limpie con solvente y aire comprimido

Sistema del estanque separador con bajo nivel de aceite.

Rellenar a nivel apropiado

Baja velocidad del ventilador Ajustar válvula de alivio de la bomba del ventilador

Grado de aceite de lubricación inapropiado

Revise la lubricación de los requerimientos de aceite para lubricación. Use el grado apropiado para la temperatura ambiente.

Sistema de lubricación de aceite y enfriamiento saturado.

Revise, limpie el enfriador de aceite y el filtro de aceite

Detención por sobre temperatura Revise falla en el switch de temperatura de aire de descarga.


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Problema: Sistema de aceite de lubricación y enfriamiento del compresor obstruido


Separador obstruido. Baja capacidad del compresor.

Caída de presión en el separador. Limpie y sople el separador o reemplace.

Enfriamiento de aceite saturado con barro o depósitos de lacas.

Drene el sistema de aceite, limpie y sople el interior del enfriador de aceite. Rellene el sistema con aceite nuevo de acuerdo a especificaciones.

Problema: Baja capacidad del compresor


Baja velocidad del motor Verifique la velocidad del motor, debe indicar la señalada en el manual de operación para plena carga.

Fugas de aire en el sistema Reapriete y/o repare

Restricción en la admisión del compresor Verifique indicadores de saturación de los filtros, reemplace el elemento de seguridad y cambie el elemento principal.

Flujo de aceite no llega a todos los rodamientos.

Verificar instalación de líneas de aceite y que todas ellas permitan el flujo de aceite. Verificar que no exista obstrucción en los orificios calibrados de inyección de aceite.

Válvula de seguridad del depósito abre Ajustar el presóstato a la presión de desconexión correcta. Regular la válvula de seguridad.

Compresor no tiene potencia, o la potencia es insuficiente

Comprobar la instalación comparando con la tabla de tiempos de llenado. Limpiar el filtro de aspiración. Comprobar si las válvulas de descarga cierran, estando el compresor en marcha. Comprobar si las válvulas de aspiración e impulsión presentan defectos o fallas.

Compresor consume demasiado aceite

Limpiar filtro de aspiración y la descarga de aire del carter. Comprobar los segmentos del émbolo por si presentan defectos o desgaste. Limpiar la descarga del carter. Anillo intermedio de la descarga de aire del carter mal instalado.


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Problema: Excesivo consumo de aceite lubricante


Orificio tapado en la línea de barrido Retire. Inspeccione y limpie el orificio en el estanque separador y restrictor en válvula.

Elemento separador deteriorado. Saque el separador y reemplácelo.

Problema: Falla en el switch de temperatura


Conexiones malas o defectos en el cableado.

Revise conexiones sueltas o falla en cableado, saque y revise la operación del switch, poniéndolo en un baño de aceite caliente aproximadamente 118 ° C.

Figura 2. Compresor

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