Selección del material y ensayos para garantizar el trabajo. Para finalizar el tema de ejes, analizaremos los factores que inciden en la adecuada selección del material y los ensayos que se deben hacer si el eje se fabrica o se suelda. Reparación: La selección del material ya sea para soldarse o fabricarse debe de hacerse de manera profesional, en este caso el taller se servicio deberá obtener la composición química del material o en su defecto realizar un estudio (análisis metalográfico) para identificar el tipo de elemento en cuestión. Fabricación Conocer las características propias del material es clave en el proceso de fabricación del eje, puesto que este falló y no soporto las cargas ejercidas en la aplicación, es aquí donde se debió haber identificado la causa raíz del problema, ya que no es conveniente cambiar las características de diseño; ajustarse a el material y dimensiones del fabricante es la mejor opción, estos datos los deberá proveer el fabricante por medio de una ficha técnica. Generalmente los suplidores de acero extienden un informe con los ensayos realizados en los laboratorios de fabricación y es por esto que no es necesario realizar algún tipo de prueba adicional, ya que el material es nuevo y no se ha expuesto a procesos que comprometan su estructura. Reparación Cuando la decisión es reparar el eje , conocer las características es igual de importante ya que este nos indicará el material de aporte a utilizar, luego se deberá identificar el proceso de soldadura que se llevará a cabo así como su protocolo, estos dos factores son primordiales ya que si estos no se seleccionan adecuadamente se repetirá el fallo, Concluido el proceso de reparación se debe someter a diferentes pruebas como por ejemplo: radiografía industrial, tintas penetrantes, partículas magnéticas entre otras, esto para garantizar un buen trabajo de soldadura, realizar estas pruebas serán determinantes y el éxito del trabajo estará reflejado en los resultados de estas, culminando con el ensamble del equipo por completo y la operación de la máquina Es muy importante que se valoren todas las opciones tanto en la parte funcional como en la parte económica, realizar un estudio previo con toda esta información determinará el éxito del trabajo a realizar, recuerde que RENAME cuenta con la experiencia y seriedad para brindarle soluciones con respecto a estos temas. Otros dos artículos relacionados: Entendiendo los ejes y causas de fallo #1 Entendiendo los ejes y causas de fallo #2
Reparación o fabricación Una vez que se ha hecho el análisis correspondiente a la causa de fallo del eje y realizado un estudio para determinar bajo qué condiciones debe operar la máquina para evitar nuevamente el daño, se deberá solventar el fallo ya sea por medio de fabricación del mismo o realizando un trabajo de soldadura. Este tipo de trabajos se deberán realizar en conjunto con el usuario y el taller de servicio, dadas las variables que inciden en las condiciones de operación como lo hemos visto en los boletines anteriores, para decidir si el eje se repara o se fabrica es importante determinar: Antigüedad del equipo (eje): El esfuerzo que sufre un material según la cantidad de torsión que recibe en cada arranque llega a debilitar la estructura del acero a través del tiempo. Tipo de esfuerzo: La fuerza que ejerce el eje en función de la carga que maneja, puede dar al traste con una reparación con soldadura. Condiciones de operación: El factor temperatura puede llegar a perjudicar en gran medida ya que la dilatación térmica puede afectar el trabajo realizado. Viabilidad: En muchas ocasiones los ejes por su construcción no se pueden extraer con facilidad y el tiempo que conlleva extraerlo por algún método de maquinado es determinante. Tiempos de reparación: Un trabajo de reparación y fabricación es muy relativo pero en general realizar un trabajo de soldadura es más rápido que fabricar el eje nuevo y dependerá de las dimensiones del eje. Costo beneficio: El fabricar un eje no requiere de prueba tan rigurosas como si lo requiere cuando se suelda, ya que el maquinado se hace en un material completamente nuevo sin ningún tipo de exposición térmica, factor que si afecta cuando se suelda un material. Historial: Este dato determinara si se puede realizar una intervención para reparación, ya que si el eje se soldó y este volvió a fracasar, habría que valorar si se puede intervenir nuevamente o en su defecto fabricarlo Ante esta situación se deberán contemplar todas las variables que a la larga producirán algún factor de riesgo, no obstante el análisis requiere de un consenso entre el taller de reparación y el usuario final.
Fractura en un eje Una ruptura o fractura en un eje casi siempre se inician en alguna imperfección en la superficie, como una grieta microscópica, acompañados de una concentración de esfuerzos. Con el esfuerzo aplicado (doblado de rotación, la carga radial, la carga cíclica, etc.) en la grieta, los enlaces entre las moléculas del acero y la grieta se propaga a través del eje. Dependiendo de la cantidad de estrés el proceso de propagación de grietas puede ser muy lento o muy rápido. Dúctil vr frágil La Figura 1 muestra las diferencias de fallas en ejes dúctiles y frágiles, dependiendo del tipo de carga: de tracción, de torsión, y de flexión. La superficie de la fractura normalmente le dará una idea de la magnitud de la carga, lo que significa que si el aspecto es muy frágil, entonces el fallo se produjo muy rápidamente, y si el fallo es muy dúctil o suave, entonces la grieta se propago por algún tiempo.Figura #1 La Figura 2 muestra la apariencia de los fallos más comunes de eje, casi todos los fracasos del eje se producen en el lugar de un elevador de esfuerzo, por lo general en el hombro del cojinete o de la ranura. Figura #2 Marcas de playa Indican el avance de la fractura frente a la grieta, la textura suele ser lisa cerca del origen y se vuelve más áspera conforme la grieta crece. Marcas radiales Las marcas de trinquete son el signo de varias grietas individuales que finalmente se fusionan para formar una sola grieta. Las marcas de trinquete están presentes entre los orígenes de la grieta. Marcas de flechasFallos por fatiga de flexión y rotación se producen cuando cada parte del eje está sujeto a la alternancia de la compresión y la tensión bajo carga. Una grieta puede comenzar en cualquier punto de la superficie donde hay un elevador de esfuerzo. Marcas torcidas Los daños por torsión tienen una apariencia «torcida». Este eje particular muestra algunas de torsión antes de fracaso. Si el material del eje es dúctil, se tuerza más antes de fallar. Si el eje es más frágil, o sujeto a la torsión extrema, la fractura tendrá una áspera apariencia. Fractura frágil Una falla frágil es debido a un arranque repentino del equipo luego de estar detenido, el resultado es una marca en diagonal con una superficie áspera. Las causas posibles incluyen un atasco en los equipos, carga de alto impacto. La identificación del tipo de fractura determinara las posibles soluciones al problema, se deberán atacar las causas que provocaron el daño y una vez identificadas, se podrá seguir con seguridad, ya sea trabajando con el eje fallado, haciendo una reparación o fabricando un eje nuevo. Fuente: Ing. Allan Fonseca Vargas (Ingeniería RENAME) Lea nuestro otro artículo Entendiendo los ejes y causas de fallo
La falla de un eje en un motor u otro equipo no es un hecho cotidiano, sin embargo cuando sucede estamos en presencia de un problema que necesitara de estudio y análisis para solucionarlo y encontrar la causa raíz. Para comprender porque un material falla, es necesario comprender la relación entre el estrés y la tensión, términos que generalmente tienden a confundir. Imagen # 1, Comportamiento de los materiales Material en estado normal Material bajo tensión Material bajo compresión Glosario de términos Estrés: Fuerza generada en un material por unidad de área en la dirección de la fuerza. Alargamiento unitario: El alargamiento de un material por unidad de longitud Tensión: Fuerza que produce un alargamiento elástico de un cuerpo Compresión: Fuerza que intenta empujar las moléculas de un material a estar más cerca. Deformación elástica: Se da cuando a un material se le aplica una fuerza y este después vuelve a su forma normal (no se deforma). Deformación plástica: Se da cuando a un material se le aplica una fuerza y este después de eliminarle. La mayoría de los ejes están hechos de acero al carbono laminados en caliente, pero para cargas o entornos más especializados se pueden encontrar de acero aleado o acero inoxidable. La deformación debida a la tensión de tracción es elástica hasta que la tensión alcanza su punto de límite de elasticidad para el acero (acero típico de carbono = 73,000 psi). El límite de elasticidad puede variar con el material. Por ejemplo, un eje 416 de acero inoxidable, al tiempo que ofrece resistencia a la corrosión tendrá un límite de elasticidad ligeramente más baja que un acero al carbono laminado en caliente típico por ejemplo 1045. Los materiales pueden ser clasificados como dúctiles o frágiles. Un material que se somete a deformación plástica extensiva antes de la fractura se llama dúctil. Eso significa que se puede doblar antes de que finalmente se rompa. La Figura 2 muestra un diagrama de tensión de formación para un material elástico. El punto A es el límite elástico, punto B es la fuerza máxima a la tracción, y el punto C es el punto en el que el material se rompe. Incluso si la tensión entre los puntos A. y B se mantiene estable, la tensión continuará causando la deformación, y es donde las moléculas están cambiando de posición y forman nuevos enlaces en el material. Figura 2. Diagrama de tensión-deformación para un material elástico. Los aceros al carbono utilizados para hacer ejes son materiales relativamente dúctiles. Sin embargo, los ejes se fabrican con etapas de diferentes diámetros a lo largo de la longitud. Estos pasos son elevadores de esfuerzo donde es más probable que se produzca un fallo. Es de suma importancia poder realizar un análisis en función de las condiciones de operación del equipo, en nuestros próximos boletínes hablaremos de la falla como tal y sus diferentes patrones, además de los ensayos que se pueden hacer para garantizar una reparación adecuada. Lee nuestro artículo Fractura en un eje
