INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE PURÍSIMA DE RINCÓN

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

NOVENO SEMESTRE

INGENIERÍA DEL MANTENIMIENTO

FALLAS POR FRACTURA

CATAÑO GARCÍA CÉSAR AZAEL CERVERA RAMÍREZ JESÚS ALEJANDRO

ING. EDUARDO TOPETE GÓMEZ

PURÍSIMA DEL RINCÓN, GTO. 26 DE AGOSTO DE 2015.

Contenido

Introducción...........................................................................................................................................1

1.- Fractura............................................................................................................................................2

1.1.-Clasificación de fractura..............................................................................................................2

1.1.1.- Fractura dúctil...........................................................................................................................2

1.1.1.2.- Mecanismo de fractura dúctil..............................................................................................3

1.1.2.- Fractura frágil............................................................................................................................4

1.1.2.1.- Puntos de origen de la fractura frágil.................................................................................5

2.- Ejemplos de fallas por fractura.....................................................................................................5

2.1.- Fractura frágil de las placas de acero del casco del R. M. S. Titanic...................................5

2.2.- Caída del puente pescadero, año de 1996..............................................................................6

2.3.- El de Havilland DH.106 Comet..................................................................................................6

2.4.- Fractura por fatiga del cigüeñal de un motor Diésel...............................................................7

Conclusión.............................................................................................................................................9

Bibliografía...........................................................................................................................................10

Índice de figuras

Figura 1.-Fractura copa-cono en acero............................................................................................2

Figura 2.- Mecanismo de fractura Dúctil..........................................................................................3

Figura 3.- Fractografía........................................................................................................................3

Figura 4.- Fractura frágil relativamente plana..................................................................................4

Figura 5.- Fractura del casco del Titanic..........................................................................................6

Figura 6.- Fractura intermedia del Titanic........................................................................................6

Figura 7.- Avión Havilland Comet.....................................................................................................7

Figura 8.- Grieta de fractura en muñón de biela.............................................................................8

Introducción

De acuerdo a la clasificación por tipo de fallas resulta de suma importancia el análisis

de cada uno de estos tipos, enfocándonos principalmente en este capítulo en las

fallas por fractura.

¿Qué es una falla? ¿Por qué se presenta? ¿Qué la origina?, pocas veces nos ponemos a analizar esto durante la prestación de servicio hasta que el servicio se ve truncado.

En exposiciones pasadas hemos visto orígenes y otros tipos de fallas que preceden al que se abordara en los siguientes párrafos.

Podremos observar que la fractura es el fallo que mayormente se debe evitar que ocurra, ya que aunque otras fallas son de suma importancia, la fractura es la que acarrea y conlleva más gastos así como un mayor paro para el mantenimiento que se llevara a cabo.

Además se da una pequeña introducción de lo que se debe realizar o dejar de hacer para evitar esta falla, ya que en la mayoría de los casos es predecible el momento de fractura, puesto que se basa en el diagrama de esfuerzo-deformación.

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1.- Fractura

Es la separación de un cuerpo en dos o más partes en respuesta a una tensión aplicada de forma estática.

Las cargas: tracción, compresión, torsión y cizallamiento

1.1.-Clasificación de fractura

La fractura se clasifica en fractura dúctil y fractura frágil.

Cualquier proceso de fractura está compuesto por dos etapas:

1.-Formación de una fisura2.-Propagación de la fisura

1.1.1.- Fractura dúctil

Características de la rotura dúctil:• Muchas deformaciones plásticas en la vecindad de la grieta queavanza.• El proceso tiene lugar lentamente.• Grieta estable• Evidencia de deformación plástica apreciable en la fractura

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Figura 1.-Fractura copa-cono en acero

1.1.1.2.- Mecanismo de fractura dúctil

Figura 2.- Mecanismo de fractura Dúctil

A. Etapa inicial de la formación de cuello.B. Se comienzan a formar pequeños huecos dentro de la sección

adelgazada.C. Los huecos se coalescen formando una grieta más grande.D. El resto de la sección transversal empieza a fallar en la periferia por

corteE. Formación de superficies finales ruptura final.

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Figura 3.- Fractografía

1.1.2.- Fractura frágil

Características de la rotura frágil:

• Poca o nula deformaciones plásticas en la vecindad de la grieta que avanza

• Marcas en v cerca del centro de sección de fractura que apuntan hacia el lugar de iniciación.

• La superficie de fractura contiene líneas o crestas que irradian desde el origen de la grieta una forma similar a un abanico.

• El proceso tiene lugar rápidamente.

• Grieta inestable

La dirección del movimiento de la grieta es casi perpendicular a la dirección de la tensión aplicada y produce una superficie de fractura relativamente plana.

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Figura 4.- Fractura frágil relativamente plana

1.1.2.1.- Puntos de origen de la fractura frágil

A. Origen de la rotura frágil a partir de una grieta de fatiga.

B. Origen en un punto de la superficie.

C. Origen en un defecto interior de la pieza.

2.- Ejemplos de fallas por fractura

2.1.- Fractura frágil de las placas de acero del casco del R. M. S. Titanic

Un análisis detallado del desastre del Titanic en 1912 indicó que la nave se hundió

no tanto por haber golpeado un iceberg, sino por la debilidad estructural de sus

placas de acero. Éstas habían sido fabricadas con acero de bajo grado y un alto

contenido de azufre; tenían poca tenacidad, cuando se enfriaban (temperatura del

océano Atlántico) y se sometían a una carga de impacto externo (golpear un

iceberg). Con ese material, una grieta que se inicia en cualquier parte de un casco

de acero soldado se puede propagar con rapidez alrededor de toda la nave y hacer

que incluso un barco grande se parta en dos. Una placa de acero con mayor te-

nacidad hubiera reducido y hecho más lento el proceso de fractura, permitiendo así

a la nave mantenerse a flote durante más tiempo e inundarse más lentamente.

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Aunque el Titanic se fabricó con placas de acero frágil, como sabemos ahora con

base en las observaciones físicas y fotográficas del barco hundido, no todas las

embarcaciones de ese tiempo se construyeron con acero de bajo grado. Además,

pudieron haberse empleado otras técnicas de construcción para aumentar la

resistencia estructural del casco, entre ellas, mejores técnicas de soldadura.

2.2.- Caída del puente pescadero, año de 1996.

Caso de fatiga originado por la aparición de grietas en las uniones soldadas de la

estructura, pero además porque “no se adelantaron programas de inspección pues,

si bien, en una estructura de este tipo es inevitable que se presenten grietas de fatiga

por el tipo de juntas soldadas utilizadas, era necesario hacer inspecciones y un

seguimiento constante”, señala Edgar Espejo Mora, Ingeniero Mecánico con

Maestría en Materiales y Procesos de la Universidad Nacional de Colombia.

2.3.- El de Havilland DH.106 Comet

Fue un avión comercial desarrollado por el fabricante aeronáuticobritánico de

Havilland. EL DH.106 Comet realizó su primer vuelo el 27 de julio de 1949,

convirtiéndose de ese modo en el primer avión comercial de reacción,  lo cual supuso

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Figura 6.- Fractura del casco del Titanic

Figura 5.- Fractura intermedia del Titanic

un hito en la historia de la aviación. El Comet contaba con un diseño de buenas

prestaciones aerodinámicas, con cuatro motores turbojet de Havilland

Ghost instalados en el interior de las alas, una cabina presurizada que reducía el

ruido exterior y ventanas de gran tamaño.

Sin embargo, después de pocos años de su entrada en servicio, el fuselaje del

Comet empezó a sufrir fallos, debidos a la fatiga del metal motivados por los ciclos

de presurización del fuselaje. Estos fallos causaron dos accidentes en los que la

aeronave se hizo pedazos en pleno vuelo, ocasionando su retirada momentánea del

servicio para descubrir cuál era el problema. El Comet tuvo que ser rediseñado con

el fin de eliminar sus errores detectados. Mientras tanto, los rivales de de

Havilland desarrollaron sus propias aeronaves, aprendiendo de los errores cometidos

en el Comet.

2.4.- Fractura por fatiga del cigüeñal de un motor Diésel.

En una operación de atraque por babor, se produjo la fractura del cigüeñal de uno de

los motores de una Moto Nave. El motor había sido recientemente reparado,

colocándole un cigüeñal nuevo, el cual tenía solo 91 días de explotación después de

la reparación. Es el segundo cigüeñal que se rompía después de una reparación y

ambos por la misma sección. Se sospechaba que el material de los cigüeñales

suministrado por la Firma canadiense, no satisface los requerimientos de resistencia

de dichos motores. La Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad de

Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez” realizó la investigación para esclarecer la

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Figura 7.- Avión Havilland Comet

causa de la avería y elaborar un informe que pudiera servir para resolver el litigio

entre la firma EQUITALL y la Empresa “Camagüey Diésel”.

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Figura 8.- Grieta de fractura en muñón de biela

Conclusión

Como pudimos observar la mayoría de las falla se presentan por el mal diseño de la

pieza ya que se ignoran los procesos y las cargas a los que estarán expuestos, así

como el medio ambiente y otros factores importante para el adecuado

condicionamiento de la pieza y la buena selección del material.

Algo más que se puede rescatar del presente trabajo que siempre es importante

mantener un buen mantenimiento o una inspección periódica para valorar el deterioro

que han sufrido los materiales.

Podemos agregar que la falla por fractura se puede prevenir siempre y cuando se

mantenga una inspección adecuada con el personal y equipo adecuado para llevarla

a cabo.

Se analizó la clasificación de las fallas por fracturas dúctiles, las cuales se forma una

grieta, y una deformación plástica, donde al final de mecanismo se llega a la fractura

final mientras que en la fractura frágil la ruptura sucede rápidamente formando un

corte relativamente plano. Se pueden diferenciar tal que en la fractura dúctil se

generan deformaciones plásticas, mientras que en la fractura frágil se observa el

punto de origen donde comienza la falla.

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Bibliografía

Pedro R. Albarracín Aguilón. Tribología y Lubricación Industrial y Automotriz Tomo I, Segunda Edición, Colombia, (1985).

Kalpakjian, Serope. Manufactura, ingeniería y tecnología Quinta edición, Pearson Educación México (2008).

http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=225118187003.

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