FALLAS Y AVERIAS

INTRUCTOR

MAURICIO MANRIQUE

APRENDIZ:

CRISTIAN CAMILO RIVAS ALARCÓN

MECANICO DE MAQUINARIA INDUSTRIAL

FICHA: 900686

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA

SUBSEDE CAJICA.

CONTENIDO

• Esfuerzos estáticos y dinámicos Diap, 3-15

• Calculo de diseño Diap, 16-18

• Modos de falla de los sistemas mecanicos Diap, 19-26

• . Una carga estática es una acción estacionaria de una fuerza o un momento que actúan sobre cierto objeto. Para que una fuerza o momento sean estacionarios o estáticos deben poseer magnitud, dirección y punto (o puntos) de aplicación que no varíen con el tiempo.

ESFUERZOS ESTÁTICOS Y DINÁMICOS

FLEXIÓN SIMPLE

• Se denomina flexión simple a la forma de solicitación por la cual la reducción al baricentro de la sección considerada de las fuerzas que actúan a uno y otro lado de la misma, da como resultado dos pares normales al plano de aquella, con o sin esfuerzo de corte. En el caso de que no haya esfuerzo de corte la solicitación se denomina flexión pura, y cuando lo hay, flexión y corte.

• Flexión pura:• En el caso de que la línea de fuerzas coincida con uno de los ejes

principales de inercia de la sección se da lo que se llama flexión simple normal, en el caso contrario se dice que estamos ante una flexión simple oblicua.

•Las tensiones existentes en la flexión pura se calculan de la siguiente manera:

• En donde Mx y My son los momentos existentes respecto a su eje, y Jx y Jy son los momentos de inercia respecto a cada eje.

TORSION

• Una sección está solicitada por torsión cuando al reducir a su baricentro los sistemas de fuerzas actuantes sobre el sólido prismático a uno y otro lado de la sección, sólo se obtiene un par que yace sobre el plano de la sección. (Fig. 1)

• Torsión de la sección circular: • Los árboles y los ejes son piezas mecánicas que

muy comúnmente son sometidas a esfuerzos de torsión.Ambos tienen sección circular, en algunos casos llena y en otros, anular.

SOLICITACIÓN AXIL (TRACCIÓN Y COMPRESIÓN SIMPLE)

• La solicitación axil corresponde al caso en que al reducir las fuerzas que actúan a un lado de una sección cualquiera de un sólido prismático, sólo queda una resultante de reducción normal al plano de aquella. Nótese que para el caso de una barra de eje rectilíneo y sección constante, solicitada en sus extremos por fuerzas opuestas de intensidad P, la resultante de las fuerzas de un lado de la sección arbitraria s-s será siempre N = P, conviniendo que el signo de N será positivo para la tracción y negativo para la compresión.

• Por lo dicho anteriormente, está claro que en s-s sólo existirán tensiones normales σ, éstas deben ser menores que la tensión normal admisible del material al tipo de solicitación que fuere (tracción o compresión, en algunos casos dicha tensión no es la misma, como en el caso del hormigón).

FLEXIÓN COMPUESTA

• Se define como flexión compuesta como aquella solicitación para la cual actúa sobre la sección una fuerza normal excéntrica. La reducción de esta fuerza normal al baricentro origina un par de reducción, de modo que también es posible definir la flexión compuesta como la solicitación constituida por un par flexor y un esfuerzo axil. Cuando se emplea la primera forma de definir la flexión compuesta, suele designársela como compresión (o tracción) excéntrica.

• Teniendo en cuenta las dos formas de definir la flexión compuesta, será posible desarrollar el problema de la determinación de las tensiones normales por dos caminos distintos.

• Cuando se considera que la flexión compuesta es debida a un par y a una solicitación axil, es posible resolver el problema de la determinación de las tensiones sumando las debidas a cada uno de estos estados simples. Es el procedimiento denominado de superposición de efectos.

FLEXO-TORSIÓN

• Cuando al reducir las fuerzas que solicitan a un sólido al baricentro de una sección cualquiera del mismo, se obtienen dos pares opuestos cuyos vectores momento tienen una dirección oblicua con respecto al plano de aquella, estamos ante una solicitación de flexión con torsión.

• El vector M puede descomponerse en dos vectores: Un Mt y un Mf. Estos vectores momento generan tensiones σ y ð, respectivamente.

FLEXIÓN Y CORTE

• Cuando al reducir al baricentro las fuerzas que actúan a uno y otro lado de la sección, se obtienen dos pares opuestos normales a la sección y dos fuerzas opuestas contenidas en el plano de la misma, es decir que coexiste un momento flexor y un esfuerzo de corte, la solicitación se denomina flexión y corte.

PANDEO

• La carga máxima que puede soportar una pieza sin dejar de funcionar satisfactoriamente en la estructura de la maquina (es decir, que no falle estructuralmente), esta limitada por la deformación elástica de la misma. El pandeo elástico es una forma de comportamiento de una pieza, para las cuales la deformación elástica puede limitar la capacidad portante de la misma.

• Este caso puede ocurrir en piezas que tienen ciertas dimensiones relativas, llamadas frecuentemente piezas de pared delgada o piezas delgadas e incluyen columnas esbeltas; cilindros de pared delgada bajo compresión axil, presión externa uniforme radial, o torsión; vigas doble T de alas anchas; placas delgadas comprimidas de canto, o sometidas a corte.

• Una característica del pandeo es que las deformaciones y tensiones no son proporcionales a las cargas actuantes, aun cuando el material se comporte elásticamente (las tensiones son proporcionales a las deformaciones especificas).

CORROSIÓN

• Se define a la corrosión como la relación con efectos adversos entre los materiales de los equipos e instalaciones y el medio donde actúa. Se manifiesta inicialmente con el deterioro de una superficie del sustrato metálico y que según el caso puede llegar a producir la transformación total del mismo.

• Los sistemas están constituidos por bases metálicas, desde el punto de vista químico en los fenómenos de corrosión se producen reacciones del tipo redox, donde el metal perderá electrones pasando al estado oxidado

• Tipos de Corrosión• Se clasifican de acuerdo a la apariencia del metal corroído, dentro de las

más comunes están:• Corrosión uniforme• Corrosión galvánica• Corrosión por picaduras

FATIGA

• En los elementos de máquinas o estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes a que generalmente están sometidos no resultan estáticas ni cuasi estáticas, muy por el contrario en la mayoría de los casos se encuentran afectados a cambios de tensiones que se repiten sistemáticamente (en función sinusoidal del tiempo) y que producen la rotura del material para valores de las mismas considerablemente menores que las calculadas para cargas estáticas. Este tipo de rotura que necesariamente se produce en el tiempo, se denomina fatiga

VELOCIDAD CRÍTICA

• Los esfuerzos dinámicos de velocidad crítica se pueden subdividir para su estudio en dos grupos.

• Velocidad Crítica de Flexión:• Los ejes son resortes elásticos a la flexión, que están

unidos a las masas de las piezas montadas en ellos. Al recibir el impulso de una fuerza, efectúan oscilaciones propias amortiguadas. En su giro, actúan impulsos de fuerza centrífuga, periódicos, relacionados con el número de revoluciones, ya que el centro de gravedad de las masas giratorias no coincide exactamente con el punto de gravedad teórico, debido a las inevitables tolerancias de fabricación.

IMPACTO

• A diferencia de los esfuerzos cuasiestáticos en los que las cargas se aplican progresivamente y en forma lenta, las solicitaciones de impacto, o también llamadas de choque, son de aplicación prácticamente instantánea.

• Esta forma de aplicación puede hacer variar considerablemente los valores de la capacidad de resistencia y deformabilidad de los materiales, pudiendo originar fallas que se producen generalmente al no aceptar deformaciones plásticas o por fragilidad, aún en aquellos metales considerados como dúctiles.

VIBRACIONES

• Se pueden considerar como vibraciones a las variaciones periódicas temporales de diferentes magnitudes de movimiento. Específicamente, una vibración mecánica es el movimiento de una película o de un cuerpo que oscila alrededor de una posición de equilibrio.

• Al intervalo de tiempo necesario para que el sistema efectúe un ciclo completo de movimiento se le llama período de la vibración. El número de ciclos por unidad de tiempo define la frecuencia del movimiento y el desplazamiento máximo del sistema desde su posición de equilibrio se llama amplitud de la vibración.

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Cuando a pesar de que funciona no cumple su función satisfactoriamente. Cuando su funcionamiento es poco confiable debido a las fallas y presenta riesgos.• El análisis de los modos de fracaso: Consiste

en definir todos los modos de falla potenciales a ser evaluados en el nivel más bajo. Por ejemplo, la pérdida del rendimiento, funcionamiento intermitente, etc.

MODOS DE FALLA EN LOS SISTEMAS MECANICOS.

1. Desgaste abrasivo2. Desgaste adhesivo3. Desgaste por impacto4. Desgaste por corrosión5. Desgaste por erosión6. Desgaste por cavitación

CAUSANTES DE LAS FALLAS DE LOS EQUIPOS MECANICOS SON:

DESGASTE ABRASIVO

El desgaste por abrasión,  que es el más común en la industria,  se define como la acción de corte de un material duro y agudo a través de la superficie de un material más suave. Tiende a formar ralladuras profundas cuando las partículas duras  penetran en  la superficie,  ocasionando deformación plástica y/o arrancando virutas.

Factores que influyen en el desgaste abrasivo de las máquinas agrícolas:Dentro de los factores que influyen positivamente en el desgaste abrasivo de las máquinas agrícolas en, se tiene:

1.- Condiciones climáticas:

2.-Contacto con las plantas y frutos:

3.-Contacto con el suelo:

DESGASTE ADHESIVO

El desgaste adhesivo, también llamado desgaste por fricción ó deslizante, es una forma de deterioro que se presenta entre dos superficies en contacto deslizante. Este desgaste es el segundo más común en la industria y ocurre cuando dos superficies sólidas se deslizan una sobre la otra bajo presión. El aspecto de la superficie desgastada será de ralladuras irregulares y superficiales.

DESGASTE CORROSIVO 

El desgaste corrosivo ocurre en una combinación de desgaste (abrasiva o adhesiva) y de un ambiente corrosivo.  El índice de la pérdida material puede ser muy alto debido a que los productos sueltos o flojos de la corrosión se desprenden  fácilmente por el desgaste y se revela  continuamente el metal fresco y que alternadamente puede volverse a corroer rápidamente.

 

Los equipos industriales como tanques, ductos, codos, bombas, tolvas, centrífugas, colectores de polvo, cajas de ventiladores, tornillos extrusores y, en general, cualquier equipo o superficie pueden sufrir corrosión si se dan las condiciones de humedad, oxigeno, etc.

DESGASTE POR EROSION

Es producido por una corriente de partículas abrasivas, muy común en turbinas de gas, tubos de escape y de motores.

La erosión tiene generalmente el aspecto de pequeños hoyos lisos. El ataque puede también exhibir un patrón direccional relacionado con la trayectoria tomada por el corroyente, al igual que por movimientos sobre la superficie del metal. La erosión prospera en condiciones de alta velocidad, turbulencia, choque, etc.

DESGASTE POR CAVITACION

La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

DESGASTE POR IMPACTO

Desgaste de Impacto: son las deformaciones producidas por golpes y que producen una erosión en el material.

Este tipo de desgaste se puede presentar en muchas partes como en las llantas de los carros, amortiguadores, cajas de dompes, bandas transportadoras, etc.