____________________________________________________________Fallos de Mquinas

FALLOS DE MQUINAS

LUIS MARIA MARTINEZ GONZALEZASIGNATURA: SISTEMAS MECNICOS1 MECATRNICA INDUSTRIALNDICE

1. INTRODUCCIN

2. FALLOS DE MQUINAS

3. TIPOS DE FALLO SEGN LA PROBABILIDAD ASOCIADA A LA EDAD DE LA MQUINA

4. TIPOS DE FALLOS

5. ANLISIS DE FALLOS

6. BIBLIOGRAFA

1. INTRODUCCIN

Las mquinas de un sistema de produccin pueden presentar tres estados:

1. La mquina funciona adecuadamente.2. La mquina presenta una disminucin de sus funciones.3. La mquina est averiada.

Una mquina puede evolucionar de un estado a otro. Si existen fallos, puede pasar del estado 1 al 2 (reduccin de funcin), o al 3 (prdida total de funcin). En caso de intervenir para realizar un mantenimiento correctivo, puede pasar del estado 3 al 2 (arreglo provisional) o al estado 1 (reparacin definitiva).

2. FALLOS DE MQUINASSe entiende por fallo de una mquina cualquier cambio en la misma que impida que sta realice la funcin para la que fue diseada. Dentro de esta definicin cabe un gran nmero de diferentes tipologas de fallo, clasificadas segn la causa que lo gener: fallo mecnico, fallo elctrico, fallo en la instrumentacin de medida, fallo en los dispositivos de control, etc.

La aparicin de fallos obliga a realizar acciones de mantenimiento correctivas. Este tipo de mantenimiento se divide a su vez en dos tipos:

Mantenimiento paliativo o de campo (de arreglo). Se encarga de la reposicin del funcionamiento, aunque no quede eliminada la fuente que provoco la falla.

Mantenimiento curativo (de reparacin). Se encarga de la reparacin propiamente pero eliminando las causas que han producido la falla

Caractersticas:

1. Reacondicionamiento o sustitucin de las partes.2. Ocurre de urgencia o emergencia.3. Atencin inmediata de la falla.4. Costos elevados.5. Paro en la produccin

Ventajas

1. Si el equipo est preparado la intervencin en el fallo ser rpida y la reposicin en la mayora de los casos ser con el mnimo de tiempo.

2. No se necesita una infraestructura excesiva, un grupo de operarios competentes ser suficiente.3. Es rentable en equipos que no intervienen de manera constante en la produccin.

Desventajas:

1. Se producen paradas y daos imprevisibles en la produccin que afectan a la planificacin de manera incontrolada.

2. Se suele producir una baja calidad en las reparaciones debido a la rapidez en la intervencin y a la prioridad de reponer antes que de reparar definitivamente.

El mantenimiento correctivo no se puede eliminar en su totalidad, por lo tanto una gestin correcta extraer conclusiones de cada parada e intentara realizar la reparacin de manera definitiva ya sea en el mismo momento o programando un paro para que esa falla no se repita; de otra manera se producira un habito a trabajar defectuosamente, ya que este tipo de intervenciones a menudo generan otras al cabo del tiempo por mala reparacin y se vuelve muy difcil romper con ese ciclo.

Las causas de fallo de una mquina son tambin numerosas y muy diversas. No suelen ser las mismas cuando el fallo se produce en el inicio de la vida til de la mquina que cuando se produce al final de su vida til. As, los fallos pueden clasificarse segn la probabilidad asociada a la edad de la mquina.

3. TIPOS DE FALLO SEGN LA PROBABILIDAD ASOCIADA A LA EDAD DE LA MQUINA

En funcin de la probabilidad de que aparezcan fallos y de la dependencia de esta probabilidad del momento a lo largo de la vida til de la mquina, estos fallos pueden clasificarse en:

Fallos tempranos. Suelen ser debidos a defectos en la fabricacin de alguna de las piezas o a un incorrecto montaje. La probabilidad de aparicin de estos fallos decrece con el tiempo, por lo que son ms probables al inicio de la vida til de la mquina o durante el perodo de rodaje inicial. En algunos casos, el rodaje es necesario para que las piezas con movimiento relativo ajusten sus geometras (el ajuste se produce por desgaste o deformacin del material). Durante este rodaje, la falta de ajuste puede producir vibraciones que disminuyan la calidad del producto fabricado, pudiendo esto ser considerado un tipo de fallo funcional.

Fallos producidos por el desgaste y envejecimiento. Estos fallos pueden tener varios orgenes. Algunos de ellos pueden estar vinculados a errores durante la fabricacin que dan lugar a un crecimiento progresivo del defecto (grietas, tratamientos trmicos incorrectos, fallos en las soldaduras, acabados superficiales defectuosos, inclusiones de gas en la fundicin). Otros pueden deberse a variaciones en las propiedades del material por motivos qumicos (corrosin) o trmicos (dilataciones, contracciones, cambio de propiedades). En otros casos su origen puede ser un inadecuado diseo mecnico o un cambio en las caractersticas de las piezas (desgaste, fatiga, desequilibrio) o un incorrecto montaje (desalineacin). Finalmente, estos fallos pueden deberse tambin a un inadecuado o inexistente mantenimiento (limpieza, lubricacin).

Los fallos de este tipo tienen una probabilidad de aparicin creciente exponencialmente con el tiempo, ya que suelen tener un carcter acumulativo.

Fallos aleatorios. Los fallos aleatorios pueden tener orgenes diversos y se producen por azar, por lo que su probabilidad de aparicin se mantiene constante durante toda la vida de la mquina.

La figura 1.1 representa de forma cualitativa la curva de probabilidad de aparicin de cada uno de estos tipos de fallo (infantil, envejecimiento y aleatorio) frente al tiempo de vida de la mquina. Se representa tambin la probabilidad total de fallo, obtenida como suma de las otras tres. A esta ltima curva se le llama habitualmente, por su forma, curva de baera.

4. TIPOS DE FALLOS

Los diferentes tipos de fallos se pueden clasificar de muchas formas, pero de forma general, los podemos clasificar en:

Fallos totales: causan incapacidad total del tiempo. Fallos parciales: causan degradacin del servicio, pero no incapacidad total del equipo. Fallos sbitos: ocurren imprevisiblemente. Fallos progresivos: el equipo presenta sntomas y el fallo se presenta gradualmente. Fallos catastrficos: son simultneamente sbitos y totales. Fallos por deriva: son progresivos y parciales.

4.1. Otros tipos de falloPartiendo de la definicin de fallo de una mquina, la definicin de fallo mecnico puede deducirse por reduccin. As, de forma estricta se entiende por fallo mecnico cualquier cambio en el tamao, forma o propiedades del material de una estructura, mquina o parte de una mquina que impide que sta pueda realizar la funcin para la que fue diseada. Sin embargo, en la prctica, dentro del concepto de fallo mecnico suelen incluirse otros tipos de fallos causados por el fallo de sistemas vinculados al funcionamiento mecnico, tales como sistemas de lubricacin, sistemas hidrulicos, etc. Teniendo esto en cuenta, todo fallo mecnico est incluido en una de las dos grandes categoras: fallo estructural y fallo funcional. Fallo estructural. Aparece por el cambio de tamao, forma o propiedades mecnicas de una o varias partes de la mquina. El deterioro puede producirse a nivel superficial o en puntos no superficiales.

Fallo superficial. Ocurre cuando la superficie de la pieza se deteriora. Puede estar causado por desgaste debido a un contacto con otros slidos en el que existe movimiento relativo, por oxidacin o corrosin de materiales metlicos, por fatiga superficial, etc.

El fallo superficial cambia la geometra de la pieza generalmente creando o incrementando las holguras. Esto provoca, en el mejor de los casos, un decremento de la precisin de trabajo de la mquina y, en el peor de los casos, un fallo no superficial (rotura) debido a la reduccin de la seccin.

Existen tcnicas especficas para evitar cada una de las causas que producen el fallo superficial. El desgaste se puede evitar mediante tratamientos de endurecido superficial y con un sistema de lubricacin adecuado. La oxidacin y la corrosin se pueden evitar impidiendo que el metal vivo entre en contacto con agua y cidos o conduzca corriente elctrica. Finalmente, la fatiga superficial se puede combatir evitando que las tensiones superficiales de contacto sean elevadas, para lo que se requiere que los radios de curvatura sean amplios. Fallo no superficial. Este tipo de fallo est asociado generalmente con la rotura completa (seccionado) del material. El fallo no superficial puede ser esttico o por fatiga.

El fallo esttico se produce por estar sometiendo al material a un nivel de tensin por encime de su lmite de fluencia. En tal caso el material se deforma hasta romperse (el grado de deformacin depende de si el material tiene un comportamiento dctil o frgil). En el caso de mquinas, este fallo se puede evitar con un dimensionamiento adecuado de los elementos resistentes y evitando la aparicin de sobrecargas en el funcionamiento de la mquina.

El fallo por fatiga tambin termina con la rotura de la pieza, pero comienza por la aparicin de una grieta en puntos donde existe concentracin de tensiones (ranuras, cambios bruscos de seccin, etc.) y variacin de la tensin con el tiempo (ciclos de carga). Durante la mayor parte de la vida de la pieza, la grieta crece disminuyendo la seccin resistente hasta un punto en el que dicha seccin es tan pequea que no es capaz de resistir los esfuerzos y entonces el fallo finaliza con una rotura esttica. El fallo por fatiga es favorecido por numerosos factores: uso de ciertos metales, concentracin de tensiones, elevada rugosidad superficial, temperaturas elevadas, etc. En consecuencia, para evitar este tipo de fallo lo ms importante es dimensionar adecuadamente los elementos resistentes de la mquina evitando en lo posible la concentracin de tensiones. Tambin es interesante proporcionar un buen acabado superficial a las piezas y evitar que stas estn sometidas a temperaturas excesivas durante el funcionamiento.

Fallo por deformacin excesiva. En ocasiones la deformacin de una pieza (aunque no llegue a romperse) provoca que la mquina no pueda realizar su funcin. En ciertos casos la mquina puede seguir funcionando, pero esta deformacin disminuye la calidad de su funcionamiento y acorta la vida til de algunos componentes. En tales casos, esta deformacin constituye una forma de fallo que debe ser prevista y evitada durante el diseo de la mquina. Para ello basta con asegura la rigidez de los elementos estructurales.

Fallo funcional. Aparece por el disfuncionamiento de alguno de los sistemas que evitan el fallo estructural o por algn tipo de sobrecarga. As, los fallos funcionales (asociados al fallo mecnico) ms comunes son:

Fallo en el sistema de lubricacin. Aparece cuando la lubricacin es inadecuada en algn punto de la mquina. Su efecto ms comn es la aparicin de contacto metal-metal y el consiguiente rozamiento, desgaste y deterioro superficial.

Fallo en los sistemas hidrulico o neumtico. En ciertos casos, un fallo en estos sistemas puede provocar un fallo estructural.

Fallo por sobrecarga trmica. Ocurre cuando alguno de los elementos (fijos o mviles) estructurales se ve sometido a una temperatura elevada durante el funcionamiento. Este incremento de temperatura provoca un decremento notable en las propiedades mecnicas del material, lo que puede derivar en un fallo estructural.

Fallo por sobrecarga. Se dice que una mquina est funcionando en una situacin de sobrecarga cuando la carga resistente que sta ha de vencer es superior a aquella para la que fue diseada. El incremento de carga resistente tiene como consecuencia un incremento de las fuerzas internas de los elementos estructurales de la mquina, pudiendo llegar a superar las fuerzas mximas para las que dichos elementos fueron dimensionados. En tales casos puede aparecer un fallo mecnico en las diferentes topologas que se han expuesto.

El conocimiento de los modos de fallo de los principales sistemas y elementos mecnicos es fundamental para poder aportar soluciones que eviten su aparicin tanto en la fase de diseo de la mquina como en la fase de utilizacin. Adems, su conocimiento tambin permite determinar las causas que provoc el fallo y las tcnicas de reparacin ms adecua das a cada caso.

4.2. Tipos de detecciones de fallos.

Los diversos mtodos y tcnicas utilizadas para detectar las situaciones de mal funcionamiento pueden realizarse en funcin de los siguientes factores:

La forma de identificarlos. La duracin. La forma en que se manifiestan. La dimensin. Las causas que los producen. La posibilidad de que sean detectados. Las consecuencias que producen.

5. ANLISIS DE FALLOS

Qu es y que no es anlisis de fallos?

El anlisis de fallo es una actividad destinada a descubrir y eliminar la causa raz de la misma. Es una tarea compleja que requiere varias etapas, agentes y metodologas.

El simple anlisis de una muestra en laboratorio no puede ser considerado un anlisis de fallo completo. Usualmente en el laboratorio es identificado apenas el mecanismo de dao o el defecto de fabricacin que inici o contribuy con la fallo.

Imaginemos que queremos saber la causa de la fractura de un eje y despus de examinarla el laboratorio nos indica que fue por fatiga.

Ser que el laboratorio tambin pude informar si el material era el especificado en el proyecto?

Y en el caso que no fuese podra informar si este desvo fue la causa de la fractura?

O sea, el simple anlisis de una muestra permitir al laboratorio inferir datos de proyecto y operacin fundamentales para resolver el problema?

Probablemente la respuesta a las tres preguntas es no.

Para hacer correctamente un anlisis de fallo y responder a todas las preguntas sugiero el siguiente abordaje:

Inicialmente conocemos apenas la consecuencia (eje quebrado). Precisamos saber cul fue el mecanismo de dao (ruptura frgil, fatiga, etc.), las propiedades del material y bajo qu condiciones estaba operando (dentro o fuera de lo proyectado), cual es el histrico (proyecto, fabricacin, operacin, mantenimiento, otras fallas, etc.) y finalmente (para no inventar la rueda) verificar lo que dicen las normas y la bibliografa especializada en el asunto

Por qu son hechos los anlisis de fallos?

La gran mayora de los fallos de elementos de maquinas y equipos de procesos industriales son repetitivas y dependientes de mecanismos bien conocidos.

La identificacin de los mecanismos presentes y la cuantificacin de los parmetros que los gobiernan son tems principales en un anlisis de fallos.

Una vez conocidos los mecanismos de dao y cmo actan, es posible:

- Eliminar completamente los fallos futuros- Minimizarlos, o- Conocer la velocidad de evolucin de forma a programar mantenimiento preventivo.

No es poco comn que los fallos sean provocadas por desvos de fabricacin, operacin y/o mantenimiento. As la identificacin de la etapa o agente responsable, a travs de un anlisis bien hecho, puede auxiliar la administracin correcta de los gastos generados por la falla.

Aprender, acumular experiencia y dirimir responsabilidades son objetivos a alcanzar con el anlisis de fallos. Y esto nos llevar a los siguientes beneficios:

- Aumentar la seguridad de las personas y a preservar el medio ambiente.- Eliminar las prdidas de produccin.- Aumentar a confiabilidad.

Como se hace, y como no se debe hacer anlisis de fallos?

El procedimiento correcto para analizar fallos debe contener el cuestionamiento de todas las etapas de la existencia del equipo, mquina o sistema que fall. Proyecto, Fabricacin, Operacin y Mantenimiento.

Nada puede ser dejado de lado sin que el investigador conozca. Estamos hablando de hechos. Nada de conclusiones por ahora.

Frecuentemente son sacadas conclusiones rpidas sobre la causa de un fallo despreciando as cualquier otro camino para la solucin. Esto lleva muchas veces a la frustracin.

- Creo que la causa es el material, manda al laboratorio!- No fue el material?- Bueno, ahora ya perdimos tiempo (y evidencias)- Vamos a rezar para que la solucin que adoptamos funcione!

Cundo debe ser hecho un anlisis de fallo?

Esta pregunta tiene respuestas adecuadas para cada nivel de preocupacin orden de importancia:

- Siempre que signifique riesgo a la seguridad de las personas o al medio ambiente.- Siempre que provoque perdida de produccin (lucro cesante) importante.- Nunca si conocemos la causa y resistimos en aceptarla.- El anlisis de fallo tiene que comenzar inmediatamente despus de detectada. Es de importancia vital examinar enseguida las circunstancias de fallo y las evidencias que en muchos casos forman parte de la escena del siniestro, el que se pretende restablecer o normalizar prontamente.

- En cuanto a las superficies de las fracturas o prdidas de espesor resultantes del fallo, que van a ser examinadas en el laboratorio, no se debe esperar mucho tiempo para proceder a los anlisis bajo pena de perder o destruir parcialmente las evidencias.

Quien hace anlisis de fallos?

Una comisin de investigacin de fallos puede ser compuesta por tcnicos del staff de la compaa, con el auxilio de consultores y/o servicios de terceros.

El staff de la compaa provee los datos sobre el equipo o sistema que fall. Los consultores orientan la investigacin y contribuyen con la experiencia de haber analizado casos similares. Los servicios de terceros complementan la investigacin.

Acostumbro hacer analogas con el diagnostico en medicina:

El paciente enfermo (equipo o sistema que fall + las personas envueltas) consulta el mdico (consultor +comisin de anlisis de fallas) que recomienda anlisis clnicas (ensayos y exmenes de laboratorio) para despus diagnosticar la enfermedad (causa raz de la falla) y su tratamiento (recomendaciones para eliminarla).

Haciendo la misma analoga muchas veces observo el siguiente procedimiento al analizar fallos:

Quin precisa de mdico?- Manda un poco de sangre al laboratorio, espera el resultado y compra en la farmacia el remedio cierto; el farmacutico ayuda.

Donde son hechos los anlisis de fallo?

El suceso de un anlisis de fallo depende de la buena conduccin de dos etapas de investigacin que se procesan en lugares diferentes:

La investigacin de campo es sin duda la etapa ms importante porque en ella son determinadas las circunstancias en que el fallo ocurri y otros detalles necesarios para cerrar el encadenamiento lgico para que el anlisis sea conclusivo.

Como ejemplo puede ser citada la etapa donde son extradas las muestras que sern examinadas en el laboratorio. Si este muestreo fuere poco representativo o de alguna forma errado, todo el trabajo de laboratorio y como consecuencia la segunda etapa de investigacin estar perdida, o peor, dar resultados que pueden comprometer la calidad de la conclusin.

La investigacin remota o en el laboratorio es la etapa en la cual son hechos los ensayos, exmenes, anlisis y clculos para identificar e cuantificar los mecanismos de dao y los parmetros que provocaron el fallo.

En esta etapa algunos factores como manoseo de muestras y las tcnicas de investigacin utilizados son fundamentales en la calidad de la conclusin.

La buena conduccin de estas dos etapas significa:

- Inicialmente formular o caracterizar correctamente el fallo, planear el anlisis considerando los datos histricos, especificar correctamente los anlisis, ensayos y exmenes.- Ejecutar las actividades planeadas e interpretar los resultados durante la investigacin.- Correlacionando despus todas las informaciones obtenidas y cruzndolas con los datos de la bibliografa especializada de tal forma a exponer lgicamente la secuencia de hechos que llevaros al fallo.

5.1.SEGUIMIENTO FALLOS

El mantenimiento correctivo, entre muchas otras cosas, se encarga tambin de buscar la forma de que no vuelva a producirse un fallo similar.

5.1.1.Matriz de criticidad

El anlisis de criticidad es una metodologa que permite establecer la jerarqua o prioridades de procesos, sistemas y equipos, creando una estructura que facilita la toma de decisiones acertadas y efectivas, direccionando el esfuerzo y los recursos en reas donde sea ms importante y/o necesario mejorar la confiabilidad operacional, basado en la realidad actual.

Matriz de criticidad

Segn la probabilidad de que se produzca un fallo y las consecuencias que pueda producir, la matriz de criticidad nos indica la gravedad del mismo.

- Fallos tipo 1 (omisibles): El efecto es inapreciable con respecto a la fiabilidad total.- Fallos tipo 2 (admisibles): Se deben mejorar los comportamientos de los componentes.- Fallos tipo 3 (no admisibles): Se debe reconsiderar la concepcin de los subconjuntos y la eleccin de los componentes.- Fallos tipo 4 (prohibidos): Se debe reconsiderar la concepcin del conjunto.

5.1.2. Ficha de anlisis de fallos

A la hora de recoger todos los datos obtenidos en la valoracin de de los fallos que se detectan se suele emplear una ficha de anlisis de fallos. Los modelos pueden ser variados segn la necesidad del anlisis. A continuacin se muestra un ejemplo de una ficha:

5.1.3. Tasa de fallos

Se puede decir que la fiabilidad de un sistema es la probabilidad de que ese sistema funcione o desarrolle una cierta funcin, bajo condiciones fijadas y durante un perodo determinado.

Tasa de fallo = Nmero de fallos / Duracin de uso

6. BIBLIOGRAFA

TORRES Leandro D., Mantenimiento Industrial. Ed. Universitas.

HOPEMAN Richard J., Administracin de Produccin y Operaciones. Ed. Continental.

Unidad didctica., Fallos de Mquinas. Fondo Formacin