clase 3 - ii unid.desg.x fatiga

7/25/2019 Clase 3 - II Unid.desg.x Fatiga

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Docente: Ing. Sofa Terrones Abanto

Curso: INTEGRIDAD ESTRUCTURAL, DURABILIDAD Y VIDA EN SER

DE LOS MATERIALES

Tema: DESGASTE POR FATIGA


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El trmino falla es subjetivo, ya que en algunoscasos un individuo puede considerar que existefalla de un elemento, mientras que otro puedeconsiderar que no.

En la prctica esto depende de qu tanto se estafectando la operacin satisfactoria de un equipodebido a la evolucin en alguno de sus elementosde algn mecanismo de dao como el desgaste, elagrietamiento o la corrosin (Hernndez y Espejo,2002).

Caracterizacin de modos de falla tpicos

en cables de transmisin mecnica

EJEMPLO:


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Los cables consisten de unentramado de alambres

individuales que formantorones, los cuales a su vez seentrelazan para dar el cuerpototal del cable, (Figura 1). Lacantidad y dimetro dealambres y torones dependen

de la magnitud de la carga ydel dimetro de las poleasalrededor de las cuales sedeben enrollar.
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig01http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig01


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Los alambres indfabrican usualmente pdejando microestructgranos alargados en edeformacin; tambirecubrir los alambremetales que les d resistencia a la corroconductividad elctrica


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Los cables de transmisin de potencia mecnica puedediversas formas y debido a diferentes causas.

Para poder determinar el tipo y mecanismo de falanalizar cada caso teniendo en cuenta que cada modo duna pista caracterstica; no obstante, es comn qcombinaciones de dos o ms mecanismos, lo cual

identificacin.


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Los alambres de los cables de transmisin mecnica estn fnormalmente de aceros de medio carbono cuando es reque

resistencia mecnica, a los cuales se les agrega un recubrimaluminio cuando adems deban tener resistencia a la corrosin.

En algunas aplicaciones de baja carga se pueden utilizar aceros inaustenticos.

Los alambres de los cables de transmisin de potencia elctrica pu

de aluminio o cobre puro, combinados con alambres de acero recon aluminio o cobre, donde se busca que estos dos ltimos mdediquen a conducir corriente, mientras que el acero es el resposoportar las cargas mecnicas derivadas, digamos, por el peso paccin del viento.


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Los cables son elementos que merecen un cuidadodebido a razones como las siguientes:

a) Su operacin es normalmente cclica (por lo tansometidos a fatiga),

b) Operan normalmente a la intemperie (expuestos a la y el desgaste), y

c) El paso por las poleas genera pequeos movimientos

alambres (lo que implica que se pueden desgastar pointerna haciendo necesaria su lubricacin), adems acentan la fatiga y el desgaste exterior del cable.


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Los cables en nuestro medio no son correctamente operadmantenimiento de equipos, notndose abusos comunes tales como:

a) Una inspeccin descuidada o inexistente que pasa por alto signofatiga como un nmero excesivo de alambres rotos (losnormalmente piden contar el nmero de hilos rotos que se encinspecciones rutinarias, para definir si el cable se debe reemplazseguir operando),

b) Operacin descuidada que permite desgaste abrasivo, adhesivo oy

c) Lubricacin inapropiada o inexistente que aumentan el desgastede los alambres del cable.

La falla por fatiga o por desgaste de los cables de transmisin dmecnica es inevitable.Sin embargo, con una correcta operacin y mantenimiento de los puede posponer al mximo la ocurrencia de cualquiera de estos dos

falla.


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Fractura del cableA este tipo de falla corresponden todos aquellos casos en los cuha perdido la continuidad mecnica del cable, es decir, se ha prla fractura de todos los alambres en alguna zona de l (Figurfractura del cable se puede dar de manera sbita o pormecanismos que se describen a continuacin.

Clasificacin de los modos de falla en cablestransmisin de potencia


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La fractura dctil se

produce por rotura

plstica de los

ligamentos entre

partculas

Fractura Dctil


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La fractura frgil se

produce por separacin

de planos atmicos bajo

tensiones normales

Fractura Frgil


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Fractura sbitaSe dice que el cable ha fallado por fractura sbitacuando todalambres han colapsado mediante este mecanismo, lo cual sobrepasarse en servicio su ltima resistencia, es decir, que

sobrecargado.

Todos los alambres ante la cargase fracturan con la formacin deun cuello cuya magnitud dependede la ductilidad del material de los

alambres, obtenindose as unafractura de tipo copacono o condesgarre a 45 aproximadamente,(Figuras 4y5).
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig04http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig05http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig05http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig04


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Fractura por fatigaEn este modo de falla los alambres se van fracturando progren la medida en que se carga y descarga el cable durante s

progresando esta situacin hasta que los alambres remanentmanera sbita. Sin embargo, se considera que en su conjunfalla por fatiga.

Los alambres fatigados rompen sin cuello, o sea, sin dplstica a gran escala, pudiendo darse la fractura perpendidel alambre o formando 45 con este (Figura 6). En lasFigurpueden apreciar los detalles de las superficies de fractura polos alambres, las cuales son predominantemente fracturas palgunos casos muestran las estriaciones de fatiga.
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig06http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig07http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig07http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#fig06


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La fatiga es inherente a la naturaleza de operacin de los cablesprocesos de carga y descarga son cclicos y elenrollado y desencable sobre poleas o tambores induce una flexin cclica, lo cla fractura progresiva de los alambres.


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Desgaste del cableLos cables en movimiento son susceptibles de desgastarconsecuencia de su paso por tambores o poleas, pero ademexperimentar roces con otros elementos o abrasin con pdesencadenndose una prdida progresiva del material de los alambprdida de material disminuye la resistencia a traccin del caresistencia a fatiga, limitando su capacidad de carga (Kuruppu et aDe Silva et al., 2002).

El desgaste se puede dar por dos mecanismos bsicos: adhabrasivo, los cuales se describen a continuacin.


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Desgaste adhesivo

Este se da cuando durante el movimiento propio de su operacin econ otros cuerpos metlicos, por ejemplo, en gras de helicpteros

con el fuselaje o los patines del mismo, o deslizarse sobre poleas malo cual lleva a que los alambres que entran en contacto con el cuepierdan material superficialmente, obtenindose la disminucin de la la traccin y a la fatiga (Figura 9).


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El desgaste adhesivo tambin se puede presentar de manera inteun cable, es decir, por desgaste entre los alambres, lo cual cuando la lubricacin del mismo no es apropiada o es inexistente

Son crticas las aplicaciones de cables que deben pasar por poleque la flexin del cable sobre este elemento lleva a que los aladeslicen entre s.

D t b i


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Desgaste abrasivo

En ambientes de trabajo polvorientos comoalgunos puertos, la industria de laconstruccin o en minera, las partculasabrasivas como la arena, pueden penetrar

entre los alambres y generar desgasteabrasivo entre ellos, especialmente cuandoel cable entre en contacto con una polea,por lo que es deseable mantener lasuperficie de estos elementos libres departculas (Figura 10).

El desgaste abrasivo, al igual que eladhesivo, se traduce en una disminucinde la resistencia a traccin del cable y enuna vida fatiga corta.


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CorrosinLa corrosin, al igual que el desgaste, lleva a la prdida de material superalambres del cable, disminuyendo su resistencia a traccin y a fatiga.

Se presenta cuando por accin qumica directa o por va electroqumetlicos de la superficie de los alambres se desprenden para formaelementos del medio un compuesto qumicoproducto de la corrosin.

Cada metal es susceptible de corroerse ante una sustancia qumica espante otra no; por ejemplo, lo que corroe al acero inoxidable puede noaluminio o el cobre bajo determinadas condiciones de presin, temperatura

elctrico, por lo que se deben considerar estos factores para escoger apropiado en la aplicacin dada de un cable.

La corrosin en los cables puede ser generalizada o por picadura.


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Descarga elctricaEste modo de falla se presenta en cables de conduccin elctricatambin se sucede en cables de transmisin de potencia mecnic

operan con mquinas elctricas (motores o generadores) que problemas en los aislamientos de los bobinados.

La descarga elctrica genera temperaturas muy elevadas en los mde los cables en las zonas donde se generan los arcos, por ejemsuperficies de grieta, haciendo que se fundan o evaporen progresidesembocando finalmente en la fractura del cable cuando este se

de seguir soportando la carga.


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Generalmente las superficies de fractura quedan total o parcialmeny en zonas aledaas se deposita parte del metal evaporado, especel cable est encauchetado (conductor de dos o mas cables indepconveniente mente aislado, viene recubierto a su vez, por ocomn).

En los cables de media y alta tensin elctrica el problema esmuy frecuente yocurre cuando por un problema de corrosino de fatiga en los alambres(ante el medio ambiente agresivo

o cargas cclicas como el viento) se generan picaduras ofracturas de alambres, lo cual lleva a que se creenpequeos arcos entre las partes separadas,retroalimentndose as el proceso de corrosin fatigadescarga elctrica, hasta que el cable finalmente se fractura(Figura 12).


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DeformacinCuando sobre los cables se aplican cargas para las cuales diseados, tales como de aplastamiento, momentos torsores oexcesivos, se generan sobre los alambres deformaciones permanen

inutilizan, ya que en estas zonas deformadas disminuye su restraccin y su resistencia a fatiga (Chaplin, C.R., 1998).

Las dos formas bsicas de deformacin que se pueden dar sobreson laindentacinyel doblado:

Indentacin

En este caso un objeto presiona severamente el cable, donde dicpuede ser incluso l mismo, como cuando el cable enrolla sobre unLa presin obliga a que los alambres se indenten o entallen zonas de deformacin plstica superficial, a partir de las cuacrecer una grieta de fatiga(Figura 13).


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DobladoDurante el almacenamiento, la operacin o

el mantenimiento de un cable se puedengenerar doblados del mismo, cuando elenrollado de un cable sobre su tambor sehaga de una manera desordenada, ocuando el cable se salga de su polea o seapresionado por otro elemento, etc.

Estos doblados daan su geometra

generando momentos flectores que,aunados con el dao propio de ladeformacin, disminuyen la resistencia atraccin y a la fatiga del mismo (Figura 14).


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Causas comunes de los modos de fallaDebido a que cada modo de falla deja una pista caracterstica, al los cables fallados se encontrarn pruebas que pueden llevar finalun concepto sobre los orgenes del problema, con argumen

expliquen la o las posibles causas.

Entre las causas ms comunes por las cuales fallan los catransmisin de potencia mecnica se tienen:

-Deficiencia o ausencia de lubricacin en el cable lo que acdesgaste interno entre alambres.

-Ausencia de una rutina de inspeccin que detecte a tiempo arotos por fatiga y evale sobre si el nmero de hilos rotos es aceno.


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-Almacenamiento u operacin inadecuada que genere descorrosin o deformacin de los alambres del cable.

-Problemas en aislamientos de los bobinados de mquinas el

que se traduzcan en la aparicin de diferencias de potencial eldel cable con otros elementos y por lo tanto se desencaddescarga elctrica.


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-Los problemas provenientes del proceso de fabricacin de los cablser bsicamente:

(a) Un proceso de trefilado de alambres muy severo que genereintensa deformacin plstica con baja resistencia a la fatiga,

(b) Problemas en el trensado de alambres y de los torones queapriete excesivo o insuficiente; en cualquier caso, disminuye la capcarga esttica y ocasiona la fatiga del cable, y

(c) Descarburacin superficial en alambres de acero al carbono, contiene una baja resistencia a fatiga.


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En la Tabla 2 se resumenlos principales factoresque contribuyen a laaparicin de losdiferentes modos de fallaen cables de transmisinde potencia mecnica.
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#tab02http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-56092007000100010#tab02


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Una correcta lubricacin es vital en los cables de transmispotencia mecnica, ya que de esta forma se reduce la cinticaprocesos de desgaste entre los alambres y entre estos y las pole

En nuestro medio se nota la falta de atencin por parte de tcingenieros con respecto al correcto almacenamiento, operamantenimiento de los cables, ya que tienden a ser descuidadosaparente simplicidad.

Los cables de transmisin de potencia elctrica tambisusceptibles de fallar por corrosin o fractura por fatiga, ya que

lluvias y cargas cclicas como el viento los afectan. Ademnaturaleza hace que cuando se generen rupturas de alambcorrosin o fatiga, haga su aparicin tambin el arco elacelerndose as el proceso de falla.


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GRACIAS

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