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Mecánica

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Fundamentos del análisis de falla

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Autor: Gustavo Tovar Sánchez
Editorial: Escuela Colombiana de Ingeniería
Edición: Primera, mayo 2006
Formato: Libro
Rústica, 21.5 x 28 cm
314 páginas
Peso: 0.740 kg
ISBN: 9588060524

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Reseña. Fundamentos del Análisis de Falla

A lo largo de este libro se presentan, en especial a la comunidad de ingeniería de habla hispana, los fundamentos del análisis de falla, una propuesta sobre las etapas necesarias para realizar el análisis y las técnicas que conduzcan a establecer las causas de las fallas, así como los equipos que se utilizan en esta labor. La idea es preparar a los ingenieros para que conozcan las causas de una falla en particular, con el propósito de que puedan programar las medidas conducentes para evitar que se repita en el futuro.
En consecuencia, se considera que el texto será utilidad para todos los ingenieros, en particular para los ingenieros mecánicos, eléctricos, industriales y químicos.

Contenido. Fundamentos del Análisis de Falla

Prefacio

1. Principios, causas y metodología en el análisis de falla
Fuentes fundamentales de falla
1. Diseño
2. Selección inadecuada del material
3. Tratamiento térmico defectuoso
4. Manufactura defectuosa
5. Mecanizado deficiente
6. Montaje deficiente
7. Mantenimiento deficiente
8. Fallas de corrosión

Proceso de investigación

Etapas del proceso de análisis de las fallas
1. Evidencia documentada
2. Condiciones reales de servicio
3. Entrevistas
4. Examen preliminar del componente o equipo que falló
5. Selección de muestras para ensayos
6. Ensayos No destructivos
7. Selección y preservación de las superficies de fractura
8. Examen macroscópico
9. Examen microscópico de la estructura
10. Determinación del tipo de fractura
11. Análisis de composición del material
12. Ensayos simulados de servicio
13. Formulación de conclusiones e informe
14. Recomendaciones

Objetivos de los análisis de falla

2. Propiedades mecánicas
Ensayo de tensión – Diagrama esfuerzo – deformación
Máquina de tensión
Probetas
Carga
Deformímetros
Esfuerzo y deformación de ingeniería
Unidades
Propiedades obtenidas del ensayo de tensión
Esfuerzo de fluencia o resistencia a la fluencia
Resistencia a la tensión
Propiedades elásticas
Relación de Poisson
Ductilidad
Efecto de la temperatura
Ensayo de flexión o módulo de ruptura
Módulo de flexión
Ejemplo ilustrativo
Esfuerzo verdadero vs. Deformación verdadera
Dureza
Ensayo de dureza Brinell (BHN)
Dureza Vickers (VHN)
Dureza Rockwell
Ensayo de impacto
Propiedades obtenidas a partir del ensayo de impacto
Uso de las propiedades de impacto
Mecánica de la fractura
Tenacidad a la fractura
Importancia de la mecánica de la fractura
Selección de un material
Diseño de un componente
Diseño de un método de manufactura o de ensayo
Ejemplo ilustrativo
Ensayo de fatiga
Resultados del ensayo de fatiga
Ejemplo ilustrativo
Ensayo de Creep O fluencia lenta
Ejemplo ilustrativo
Referencias

3. Introducción a los ensayos no destructivos y a los métodos de inspección
Definiciones importantes
Usos de los NDT
Detección y evaluación de fugas
Metrología
Caracterización de la estructura o de la microestructura
Determinación de la respuesta esfuerzo-deformación y de la respuesta dinámica
Identificación rápida de metales y aleaciones
Referencia

4. Inspección visual
Baroscopios
Selección
Foco y resolución
Iluminación
Magnificación y campo de visión
Distancia de trabajo
Dirección de la visión
Ambiente
Aplicaciones
Sensores ópticos
Sistemas de magnificación
Comparadores ópticos
Referencia

5. Inspección con líquidos penetrantes
Principios físicos
Descripción del proceso
Sistemas de penetración
Sistemas de lavado con agua del penetrante
Sistema posemulsionable
Sistema de remoción por solventes
Materiales para detección por líquidos penetrantes
Penetrantes de lavado en agua
Penetrantes posemulsificantes lipofílicos e hidrofílicos
Penetrantes removibles por solvente
Características físicas y químicas
Emulsificadores
Limpiadores de solvente
Desarrolladores
Desarrolladores secos
Desarrolladores húmedos
Desarrolladores solubles en agua
Desarrolladores no acuosos suspendibles en solvente
Selección del desarrollador
Requerimientos de equipo
Prelimpieza
Selección del sistema penetrante
Sensibilidad y costo
Técnicas con equipos portátiles
Kits o conjuntos portátiles
Especificaciones y normas
Especificaciones
Sistema de control
Referencia

6. Inspección con partículas magnéticas
Aplicaciones
Ventajas
Limitaciones
Descripción de los campos magnéticos
Anillo magnetizado
Barra magnetizada
Magnetización circular
Magnetización longitudinal
Efecto de la dirección de flujo
Métodos de magnetización
Corriente de magnetización
Corriente directa
Corriente alterna
Fuentes de potencia
Equipo portátil
Unidades móviles
Equipo estacionario
Métodos para generar campos magnéticos
Horquillas
Bobinas
Conductores centrales
Método de contacto directo
Contactos de punta
Corrientes inducidas
Partículas magnéticas y líquidos para suspenderlas
Propiedades magnéticas de la partícula
Efecto de tamaño de la partícula
Efecto de la forma de la partícula
Visibilidad y contraste
Partículas secas
Partículas húmedas
Líquidos aceitosos para suspensión en agua
Potencia del baño
Luz ultravioleta
Discontinuidades detectables
Discontinuidades en la superficie
Discontinuidades superficiales
Indicaciones no relevantes
Desmagnetización después de la inspección
Referencia

7. Inspección por corrientes de Hedí
Métodos de corrientes de Hedí vs. Métodos de inspección magnética
Principios de operación
Funciones de un sistema básico
Elementos de un sistema de inspección típico
Variables de operación
Impedancia de la bobina
Conductividad eléctrica
Permeabilidad magnética
Factor lift-off (de acercamiento entre bobina y pieza)
Factor de llenado
Efecto de borde
Efecto de piel
Frecuencias de inspección
Bobinas de inspección
Bobinas de probeta y circundantes
Bobinas múltiples
Tamaños y formas
Instrumentos para corrientes de Hedí
Instrumentos de lectura
Discontinuidades detectables por inspección de corrientes de Hedí
Muestras de referencia
Referencia

8. Inspección ultrasónica
Detectores ultrasónicos de defectos
Transductores
Agentes de acoplamiento
Métodos básicos de inspección
Método pulso-eco
Principios de operación
Presentación de datos
Técnica de haz en ángulo
Métodos de transmisión
Características generales de las ondas ultrasónicas
Ondas longitudinales
Ondas transversales (ondas de corte)
Ondas de superficie (ondas Rayleigh)
Ondas de Lamb (ondas de placa)
Factores que influencian la inspección uiltrasónica
Impedancia acústica
Ángulo de incidencia
Ángulos críticos
Absorción
Dispersión
Ventajas, desventajas y aplicaciones
Ventajas
Desventajas
Aplicaciones
Referencia

9. Radiografía
Principios de operación
Usos de la radiografía
Aplicaciones
Limitaciones
Principios de la radiografía
Factores geométricos
Fuentes de radiación
Producción de rayos X
Producción de rayos gamma
Tubos de rayos X
Equivalencia radiográfica
Principios de formación de sombra
Conversión de la imagen
Película de rayos X
Características de las películas de rayos X
Tipos de película
Selección de la película
Referencia

10. Corrosión, prevención y control de la corrosión en la industria
Definición de la corrosión
Ambientes corrosivos
Fundamentos electroquímicos de la corrosión
Corrosión uniforme
Corrosión Galvánica
Corrosión con erosión
Corrosión por resquicios
Corrosión por picaduras
Exfoliación y separación selectiva
Corrosión intergranular
Agrietamiento por corrosión con esfuerzos
Ensayos de corrosión
Ensayo de pérdidas de peso
Técnicas de resistencia eléctrica
Polarización lineal
Mediciones de velocidades de corrosión por polarización lineal
Ventajas
Limitaciones y precauciones
Prevención de la corrosión
Selección de materiales
Alteración del medio
Diseño
Protección catódica y anódica
Películas (pinturas) y revestimiento de protección
Corrosión por fuentes de aguas naturales
Prevención de la corrosión
Películas protectoras de carbonato de calcio
Referencias

11. Películas de protección
Electro deposición
Atomización con llama. Metalización
Enchape
Inmersión en caliente
Deposición de vapor
Difusión
Conversión química
Nuevos desarrollos. Ingeniería de superficie
Películas por atomización térmica
Áreas de aplicación
Materiales de capa
Etapas básicas del proceso de atomización
Selección del método de atomización o rociado térmico
Parámetros del proceso de atomización
Preparación de la superficie
Velocidad de deposición
Limitaciones del espesor de la película
Materiales de unión de la película
Método de terminado de la película atomizada
Pinturas de protección
Referencias

12. Fractografía y metalografía
Selección, preservación y limpieza de las superficies de fractura
Limpieza
Corte
Modos de fractura por carga simple
Examen macroscópico de las superficies de fractura
Examen microscópico de las superficies de fractura
Microscopia óptica
Microscopio electrónico de transmisión
Microscopio electrónico de barrido
Determinación del tipo de fractura
Fractura dúctil
Fractura frágil
Fractura intergranular
Agrietamiento de corrosión con esfuerzos
Fractura frágil transangular
Fractografía de las fracturas frágiles intergranulares
Fractura frágil intergranular
Fractura por fatiga
Características generales de las fracturas de fatiga
Agrietamiento de corrosión con esfuerzos
Características generales del SCC
Fragilización por hidrógeno
Fractografía de la fragilización por hidrógeno
Fallas por Creep y ruptura por esfuerzo
Fallas complejas
Selección y preparación de secciones para metalografía
Examen y análisis de las muestras de metalografía
Referencias

13. Esfuerzos residuales y defectos causados por el proceso de manufactura
Definición
Factores fundamentales sobre los esfuerzos residuales
Esfuerzos residuales térmicos
Esfuerzos residuales metalúrgicos
Esfuerzos residuales mecánicos
Efectos químicos sobre los esfuerzos residuales
Defectos causados por el proceso de manufactura
Defectos en la fundición
Defectos producidos durante el trabajo mecánico de metales
Trabajo en caliente
Quemaduras o temperaturas de trabajo excesivo
Temperaturas bajas de trabajo
Defectos preexistentes en el lingote
Esfuerzos residuales
Procedimientos de trabajo defectuoso
Trabajo en frío
Defectos en el proceso de soldadura
Falta de fusión y penetración
Socavación
Agrietamiento por hidrógeno
Defectos de tratamiento térmico
Defectos de mecanizado
Referencias

14. Fallas por desgaste
Tipos de desgaste
Desgaste adhesivo
Medidas preventivas
Desgaste abrasivo
Fatiga de superficie o fatiga por contacto
Picaduras de origen superficial
Picaduras de origen subsuperficial
Fatiga por debajo de las capas endurecidas
Desgaste por erosión (erosivo)
Desgaste corrosivo o químico
Desgaste por fricción repetitiva (fretting)
Prevención
Corrosión con erosión
Desgaste por choque de goteo líquido
Variables significativas en el choque por goteo líquido
Modos de lubricación
Lubricantes
Fallas de los lubricantes que conducen a desgaste
Análisis de fallas por desgaste
Información sobre antecedentes
Examen
Referencias

Casos históricos de análisis de falla
Ejemplo 1: Falla por corrosión con esfuerzo de una abrazadera tipo correa, hecha de aleación 19-9 DL para resistencia al calor
Ejemplo 2: Fractura por fatiga de un eje para émbolo que se inició en un filete agudo
Ejemplo 3: Falla frágil del collar de fijación fabricado en placa de laminación en acero grado 4140
Ejemplo 4: Fractura de los vástagos de una válvula de disco debido a selección incorrecta del material
Ejemplo 5: Guardas para ejes rechazadas por inclusiones de escoria
Ejemplo6: Cigüeñal de un motor diésel que se fracturó por fatiga debido a inclusiones subsuperficiales
Ejemplo 7: Fractura de un dado forjado causado por segregación
Ejemplo 8: Fractura del brazo de una horquilla de elevación debido a deficiencias microestructurales
Ejemplo 9: Fractura frágil de los casquillos de un conjunto de rodillas debido a microestructura inadecuada
Ejemplo10: Indicaciones de superficie en barras de acero 4130 laminado en caliente
Ejemplo 11: Falla de una tubería sin costura a causa de grietas de temple
Ejemplo 12: Fallas en engranajes y piñones a causa de carburación inapropiada
Ejemplo 13: Fractura por tensión originada en porosidad por contracción de un conector fundido en arena en acero de baja aleación
Ejemplo 14: Cabezote de un secador de papel de fundición de hierro gris que se retiro de servicio
Ejemplo 15: Falla por fatiga de la carcasa para uneje moldeada en arena y fundida en acero, originada en una grieta de punto caliente
Ejemplo 16: Agrietamiento por fatiga del conjunto de la caja de la cámara de combustión interior de una turbina de gas debido a falta de fusión de la soldadura y a socavación
Ejemplo 17: Fractura por fatiga del conjunto de la caja de la cámara de combustión interior de una turbina de gas debido a falta de fusión de la soldadura y a socavación
Ejemplo 18: Falla por fatiga de un cabezal de entrada debido a técnica de soldadura pobre y a diseño desfavorable de la junta
Ejemplo 19: Falla por distorsión de un resorte para válvula automotriz
Ejemplo 20: Agarrotamiento de una válvula hidráulica tipo carrete
Ejemplo 21: Daño por rayadura causado por ruptura de la capa de cromo en un cilindro
Ejemplo 22: Falla de un impulsor de bronce de una bomba por daño por cavitación
Ejemplo 23: Falla por fatiga de un cable de alambres de acero debido a carga de choque
Ejemplo 24: Falla de los piñones motores de acero carburado de un impulsor debido a picaduras y desgaste
Ejemplo 25: Ruptura de los tubos de acero 1,25 Cr – 0,5 Mo del recalentador de una caldera por recalentamiento localizado
Ejemplo 26: Falla de los filetes de la tuerca y de la contratuerca de los ejes de soporte de una prensa de separación de grasa de los sólidos
Ejemplo 27: Fallas de las placas de acero inoxidable de un intercambiador de calor para pasterización de un producto alimenticio, por corrosión por resquicios
Ejemplo 28: Falla por ruptura de tubería de calderas por deficiencias en el tratamiento del agua de alimentación y por recalentamiento por direccionamiento incorrecto de la llama de combustión
Ejemplo 29: Falla por soldadura del eje de la caja reductora de una extrusora
Ejemplo 30: Falla de la tubería de alimentación de los productos para el tratamiento del agua de alimentación de una caldera

Referencias

Bibliografía para lectura suplementaria

Índice de figuras
Índice de tablas
Índice de fotografías
Índice Analítico