DIAGNOSTICO Y PRONOSTICO DE FALLAS EN CONSTRUCCIONES SOLDADAS.

Autores: Dr. Alejandro Duffus Scott

Dr. Rafael Fernndez Fuentes Ing. Enrique Velzquez Prez Ing. Alexis Maza Snchez Msc. Ramn Martnez Garca Msc. Juan A. Pozo Morejn. Tec. Omar Garca Manresa. Lic. Jorge V. Miguel Oria. Msc. Felix Ramos Morales. INTRODUCCIN En la actualidad la deteccin, diagnstico y pronstico de fallas en uniones soldadas, constituye una "herramienta" de trabajo muy importante desde el punto de vista cientfico, social y econmico, por cuanto, casi todas las grandes estructuras tales como barcos, plataformas, recipientes a presin, calderas de vapor, reactores, compresores, etc., se fabrican con materiales

UNIVERSIDAD CENTRAL MARTA ABREU DE LAS VILLAS

CENTRO DE INVESTIGACIONES DE SOLDADURA Carretera a Camajuan Km 51/2 Santa Clara Villa Clara Telef 53 42 28 1586 Fax 53 42 28 1608 Email aduffus@fim.uclv.edu.cu

que, en las condiciones de servicio, poseen tenacidad suficiente como para que la falla de tales estructuras slo pueda producirse a tensiones por encima de la fluencia (cedencia) de material. Sin embargo, dicha falla puede ocurrir, y de hecho ha venido ocurriendo, porque tan complejas estructuras casi siempre contienen regiones en las que las tensiones exceden a las de fluencia y grietas introducidas durante la fabricacin o en servicio. Durante aos, el anlisis de fallas ha sido un proceso que ha venido desarrollndose de muy diversas maneras, influenciado principalmente por la experiencia del especialista. La ocurrencia de fallas en la industria, puede tener diversos orgenes, entre los cuales se pueden mencionar: 1.- Condiciones de servicio extremadamente severas 2.- Defectos del material base 3.- Desviaciones del proyecto original en el proceso de fabricacin 4.- Diseo inadecuado 5.- Mala seleccin y manejo de los materiales bases y de soldadura. 6.- Dificultades en el montaje (montaje propiamente dicho, soldadura, tratamiento trmico) 7.- Vandalismo En muchos casos el origen de la falla puede estar relacionado con una combinacin de varios de los aspectos anteriormente mencionados. DESARROLLO. FUNCIN DEL ANLISIS DE FALLAS La funcin primaria del anlisis de fallas, es definir, determinar y describir los factores responsables generadores de la falla. Es decir, el anlisis de fallas no consiste solo en buscar las causas, sino establecer el procedimiento general metodolgico para un anlisis. En el campo de la ingeniera, fundamentalmente en uniones soldadas y/o construcciones soldadas, se puede establecer un sistema de

retroalimentacin entre la falla, el diseo, materiales, servicio del componente que fall, preparacin del personal y la historia "pretrita" (antecedentes) del componente analizado. Algunos ingenieros piensan que un diseo ptimo, implica una eliminacin total de falla, lo cual no es cierto. Otros piensan que sobrediseando la estructura (utilizando factores de seguridad exagerados) se puede disminuir la probabilidad de una futura falla, esto no es totalmente cierto, adems de que al diseo lo hace mucho ms costoso. La figura 1 muestra la relacin existente entre el anlisis de fallas, el diseo, la produccin, y los antecedentes del material.

Figura 1.

El concepto de falla se puede definir como la incapacidad de un elemento, dispositivo, equipo o sistema para realizar su funcin dentro de los lmites definidos de actuacin.

El centro de investigaciones de Soldadura en sus 16 aos de existencia desarroll varios servicios cientfico tcnicos relacionados con el Diagnostico y Pronostico de Fallas en Construcciones Soldadas. El procedimiento a seguir para aplicar estas metodologas es como sigue: Se analizan las condiciones de explotacin de la planta, en

primer lugar, la documentacin existente, las condiciones de temperatura, presin y medios de trabajo es decir parmetros operacionales del componente, las reparaciones que hallan realizado, ES NECESARIO CONOCER LA HISTORIA PRETERITA DEL COMPONENTE ANALIZADO.

Se realiza la inspeccin por las diferentes tcnicas de ensayo

previstas por los especialistas que realizan el servicio teniendo en cuenta las normas y cdigos que permitan valorar los defectos encontrados.

Anlisis de admisibilidad de defectos. Se realizan las reparaciones, modificaciones y / o sustituciones

necesarias.

Anlisis de la integridad estructural de la instalacin reparada o modificada.

METODOLOGA DE INSPECCIN TCNICA.

METODOLOGA DE REPARACIN POR SOLDADURA.

METALOGRAFA IN SITU. Las relaciones existentes entre microestructura propiedades mecnicas,

microestructura tratamientos trmicos, microestructura resistencia a la

corrosin, hacen que el estudio de la microestructura constituya una herramienta

importante tanto en la investigacin cientfico tecnolgica, como en el control

de los materiales. Al ser destructivo el mtodo metalogrfico, creaba una serie

de limitaciones en el caso de exmenes metalogrficos de control o anlisis de

fallas en servicio. Durante la ltima dcada, esta tcnica de examen, llamada

metalografa no destructiva, ha sido puesta a punto para cubrir una serie de controles de instalaciones industriales. La metalografa no destructiva consiste

en la preparacin metalogrfica de la superficie y la toma de la rplica in situ

del componente a analizar. En ocasiones esta tcnica puede darnos informacin

acerca de si la corrosin es bajo tensin o intercristalina.

Informacin obtenida por Replica Metalografca. Mtodo Propuesto Por

Neubauer

Escala de Neubauer Parmetro de Dao Deterioro Observado Intervalo de Inspeccin

A

Carburos esferoidizados en borde de grano

3 a 5 aos

B

Microcavidades orientadas 1 a 1,5 aos

C

Microfisuras 0,5 aos

D

Macrofisuras Reparacin Urgente

Factor de correccin Mm para fisuras superficiales

Utilizando la ecuacin fundamental de la mecnica de la Fractura que a continuacin se expone, se puede analizar la admisibilidad de los defectos.

CYKIC =

La obtencin de esta ecuacin es compleja. Donde: - Esfuerzo nominal en la fractura. KIC - Tenacidad a la fractura. Y - Factor de correccin adimensional (geometra). C Profundidad del defecto ANALISIS DE CASOS

- Autoclaves. - Calderas de Vapor - Calderas de Vapor Tubos de Humo. - Contenedores de Combustibles. - Contenedores esfricos de amoniaco. - Grandes Depsitos. - Marmitas. - Recipientes de almacenamiento de Aire Comprimido. - Digestor de una papelera.

FILOSOFA DEL DIAGNSTICO Y PRONSTICO DE FALLAS Los datos histricos recogidos sobre fallas catastrficas en barcos, aviones, puentes y otras estructuras soldadas de alta responsabilidad, han demostrado una estrecha interrelacin entre la teora y la prctica, de tal manera que actualmente es posible pronosticar determinadas fallas en construcciones soldadas. Por tales razones, se puede afirmar que la filosofa a seguir en el diagnstico y pronstico de fallas consiste en proponer una metodologa que pueda ser de utilidad, no solo en construcciones soldadas, sino en otras reas de la ingeniera, y que con el conocimiento de las causas que los originan,

generar las acciones correctivas para evitar que se vuelvan a presentarse. Otros aspectos fundamentales de la filosofa del diagnstico y pronstico de fallas consisten en prever la vida del equipo y/o componentes soldados, la periodicidad o poltica de inspeccin, las reparaciones a efectuar y la revitalizacin general de la instalacin cuando sea necesario. En la actualidad el diagnostico y pronostico de fallas de construcciones soldadas, debe estar sustentado en tcnicas de Inspeccin Basada en Riesgo El propsito de un sistema de inspeccin es definir y realizar aquellas actividades necesarias para detectar el deterioro en servicio de los equipos antes de que se produzcan las fallas. Un sistema de inspeccin est basado en riesgo emplea una metodologa capaz de sustentar la toma de decisiones an cuando se cuente con datos inciertos o incompletos. Debo sealar que es imposible hablar de diagnostico y pronostico de fallas e Inspeccin Basada en Riesgo, sin mencionar los diferentes tipos de mantenimiento. El rea sealada en rojo, permite tener una percepcin clara del concepto de Inspeccin Basada en Riesgo, desde el punto de vista del mantenimiento.

CONCLUSIONES.

La metodologa de trabajo propuesta ha sido validada en varias empresas,

pudiendo garantizar el funcionamiento de instalaciones de cierta complejidad e importancia econmica y social.

En el trabajo se aplican no solo procedimientos tcnicos sino tambin

legislaciones relacionadas con la seguridad del trabajo y el medio ambiente. El trabajo que se presenta hoy como paquete de servicio cientfico tcnicos de alto

valor agregado, est estructurado en un sistema organizativo a ciclo completo, el cual permite despus de realizada la inspeccin tomar la decisin de reparar o sustituir.

La aplicacin de esta metodologa permite evaluar la vida remanente de las

instalaciones industriales y prolongar su vida, con seguridad para las personas y el medio ambiente.

BIBLIOGRAFA.

1- Anderson, T. L. Fracture Mechanics. CRC Press. United States of America. 1991.

2- Boiler and Pressure Vessel Code, Section V, New York, 1998.

3- Boiler and Pressure Vessel Code, Section XI, New York, 1998.

4- Duffus, A. Y otros. Diagnostico del Estado Tcnico de Caldera de

Vapor Memoria del Simposio Internacional sobre Diagnstico en Equipos Elctricos y Procesos Industriales, DIAGNS 2000. Habana, Cuba, Marzo -2000.

5- Duffus, Miranda, A.A propuesta del Anlisis de Integridad Estructural

del Digestor de una papelera, Trabajo de diploma, juni/2003.