Analisis de Falla Caso 1

Estudio de Falla por Fatiga – Parte 1 Prospección de Fallas

Asignatura: Análisis de Fallas Sección: 821 Nombre del docente: Rodolfo docente: Rodolfo Aguirre Nombre de los integrantes del grupo: Sergio Canales, Fernando Flores, Rodrigo Castillo Fecha de entrega: 03 de abril 2018

Índice de Contenido I. II.

Introducción…………………………………………………………………………………………………………………………3 Desarrollo…………………………………………………………………………………………………………………………….4 Definición puente grua…………………………………………………………………………………………………………….4 Partes y aplicaciones de grua……………………………………………………………………………………………………5 Definición y partes de cables de acero……………………………………………………………………………………..7 Modos de falla………………………………………………………………………………………………………………………..8

Metodología de analisis de causa raíz…………………………………………………………………………………….10 III. IV.

Conclusión………………………………………………………………………………………………………………………….12 Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………………………13

Estudio de Problemas por Fatiga (Parte 1 de 2)

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I. Introducción Investigar la causa a raíz de la falla que se presenta en los cables de una grúa de puente de 3 toneladas. La información que sabemos es muy monótona y poco precisa para lo cual debemos analizar el equipo y saber el funcionamiento de este y sus condiciones de trabajo. La información que tenemos es la siguiente: “Falla en Cable de Puente Grúa 3 Toneladas”

Al realizar el levante de la carcasa de un molino de bolas de una empresa dedicada a fabricar planchas de material compuesto se presenta la falla adjunta en las imágenes debido a un adelgazamiento del material. Según la información entregada debemos investigar la cusa que origino dicha falla. Objetivos. Objetivo principal: determinar la causa raíz que genero la fatiga del material analizado Objetivos secundarios: Explicar funcionamiento y capacidades de un puente grúa Determinar modos de fallas en cables de acero Identificar el modo de falla que incurrió en la fractura Investigar las posibles causas que la generaron Realizar análisis de falla según el caso     


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II. Desarrollo

Caso N°1: “Falla en Cable de Puente Grúa 3 Toneladas”

Al realizar el levante de la carcasa de un molino de bolas de una empresa dedicada a fabricar planchas de material compuesto se presenta la falla adjunta en las imágenes debido a un adelgazamiento del material.

Definición de puente grúa Un puente grúa o puente-grúa, es un tipo de grúa que se utiliza en fábricas e industrias, para izar y desplazar cargas pesadas, permitiendo que se puedan movilizar piezas de gran porte en forma horizontal y vertical. Un puente grúa se compone de un par de rieles paralelos ubicados a gran altura sobre los laterales del edificio con un puente metálico (viga) desplazable que cubre el espacio entre ellas. El guinche, también conocido como polipasto, es el dispositivo de izaje de la grúa, se desplaza junto con el puente sobre el cual se encuentra; el guinche a su vez se encuentra alojado sobre otro riel que le permite moverse para ubicarse en posiciones entre los dos rieles principales.


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Partes principales de un puente grúa

Aplicaciones A diferencia de las grúas móviles o de construcción, los puentes-grúa son utilizados por lo general en fábricas o galpones industriales estando limitados a operar dentro del galpón o nave industrial donde se encuentran instalados. El uso de este tipo de grúa se aplica en la industria del acero, para mover productos terminados, tal como, bobinas, caños y vigas, tanto para su almacenamiento, como para la carga a los transportes convenientes. En la industria subsidiaria del cemento, para facilitar la fabricación de caños, postes, vigas, entre otros productos de gran peso y volumen. En la industria del automóvil y de maquinarias pesadas, se utilizan puentes grúa para el manejo de materias primas y en otros casos para el ensamblado de grandes piezas, en máquinas viales (Pala cargadora, topadora, Motoniveladora, camiones). Casi todas las fábricas de papel utilizan las grúas de puente para el mantenimiento regular que requiere la eliminación de los rodillos y otros equipos pesados.


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Utilizar siempre los Elementos de Protección Personal • Casco • Lentes de seguridad • Guantes de cabritilla • Zapatos de seguridad • Protector Auditivo • Ropa de trabajo

Inspección del Equipo • Verificar que el sistema de mando se encuentre en buenas condiciones de tal forma que al operarlo

funcione correctamente, en el caso contrario, se debe dar aviso de inmediato al jefe directo o supervisor y al eléctrico de turno y no utilizarlo. • Al utilizar el equipo, verificar que al desplazarlo no presente ruidos extraños. • Observar que el cable no prese nte picaduras.

Medidas de seguridad en la operación • No coloque equipos anexos no autorizados al puente grúa, ya que, puede traer riesgos innecesarios. • La carga no debe ser conducida por encima de personas, a no ser que esté excluida la posibilidad de

que se suelte y se caiga la carga o parte de ella. • Los Puentes Grúas no deben someterse a cargas superiores a la permisible. • Los trabajos de mantenimiento sólo deben efectuarse con el puente grúa desconectado de corrie nte

eléctrica. • Está prohibido el acceso a los puentes grúas a las personas no autorizadas. • Está prohibido el transporte de personas con la carga o el dispositivo de recepción de carga. • Está prohibida la tracción inclinada o el arrastre de la carga, así como mover vehículos con la carga o el

dispositivo de recepción de carga. • La carga no debe atarse directamente con el cable o la cadena de elevación; los medios portantes no

deben ser doblados o arrastrados por encima de esquinas agudas. Con la información ya recaudada sobre el equipo debemos centrarnos en el lugar donde se originó la falla, la cual según la información que recibimos fue en un cable de acero del polipasto componente que se utiliza para levantar o bajar la carga. Para realizar el análisis de falla debemos averiguar acerca del cable de acero para determinar un la falla correspondiente.


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Definición de cables de acero Los cables son elementos flexibles de estructura compuesta, fabricados a partir del trenzado helicoidal de torones que, a su vez, resultan de trenzar helicoidalmente alambres de acero de alto carbono. Éstos están diseñados para soportar esfuerzos de tracción, que tienden a enderezar los helicoides de los torones y de los alambres, lo cual da como resultado la aparición de fuerzas de fricción y compresión entre ellos. Cuando estos elementos no se encuentran debidamente protegidos y lubricados, se puede producir un desgaste mutuo, el cual puede acelerarse en presencia de una atmósfera corrosiva.

Partes de un cable de acero Los alambres se fabrican en aceros de alto carbono y su elevada resistencia se deriva de un tratamiento térmico posterior de “patentado”.

Durante su desempeño se encuentran sometidos a tres tipos de cargas: las de tracción, que tratan de enderezar los helicoides de los torones y alambres; las de flexión, en los puntos de apoyo (poleas y tambor); las de fricción o rozamiento con estos mismos componentes. Este modo de trabajar le permite al cable, por una parte, tolerar la ruptura de algunos alambres sin que se afecte la seguridad del mismo, pero, a su vez, este mecanismo también contribuye inevitablemente al deterioro del cable, en la medida en que los torones y alambres externos sufren desgaste en las áreas de contacto con las poleas y demás elementos que lo soportan; al tiempo que se desgastan entre sí, a todo lo largo del cable, por la atrición resultante del rozamiento entre ellos cada vez que se produce un ciclo de trabajo, carga y descarga, pero muy particularmente en aquellos tramos obligados a soportar esfuerzos flectores cíclicos, como lo son los que están obligados a enrollarse o desenrollarse del tambor o a cambiar de dirección en las poleas. De esta manera, la vida del cable depende de la magnitud de las cargas que se le aplican en servicio, del número de ciclos de trabajo a que se someta y del mantenimiento que se le haga en términos de su lubricación. obviamente, ésta minimiza el rozamiento y protege contra la corrosión y de las inspecciones periódicas de que sea objeto, a fin de establecer su aptitud para seguir prestando servicio y/o eliminar los tramos deteriorados. Figura1.0 partes cable de acero


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Modos de falla en cables de acero 1.Fractura súbita de los alambres Los alambres muestran adelgazamiento en la zona de fractura, estando esta orientada perpendicularmente o diagonalmente respecto ala eje del alambre, mostrando la superficie de fractura una textura fibrosa. posibles causas: -Si se presenta en todos los alambres del cable se puede deber a una sobre carga del mismo por aplicación de una fuerza mayor que su resistencia a traccion, o por una carga de impacto. -consecuencia de la fractura de otros alambres por fatiga, lo cual sobrecarga a los alambres restantes. -consecuencia de un material de los alambres con resistencia inferior a la esperada. -si el material es demasiado duro favorecerá este tipo de fractura bajo carga de impacto.

2.Fractura procedida de cambio de geometría de los alambres Los alambres muestran adelgazamiento por desgaste de su diámetro, indetancion o doblado cerca de la zona de fractura, presentándose fractura bien sea súbita o por fatiga. posibles causas: -roce del cable con un cuerpo de dureza similar que produce desgaste adhesivo. -roce del cable con un cuerpo mas duro que produce desgaste abrasivo. -ausencia de lubricante en el interior del cable que favorece el desgaste adhesivo entre alambres -indentacion o doblado sobre el cable. 3.Fractura por desgaste adhesivo Se presenta superficial de los alambres, material adherido, deformación y adelgazamiento Posibles causas: -roce del cable contra un elemento de dureza similar en servicio. -deslizamiento de cable contra las poleas -ausencia de lubricación interna del cable que genera adhesión entre los cables -almacenamiento inadecuado del cable 4.Fractura por desgaste abrasivo Se presenta rayado superficial de los alambres y adelgazamiento Posibles causas: -roce del cable con otro cuerpo de mayor dureza en servicio -presencia de partículas abrasivas entre los alambres del cable -ambiente de trabajo lleno de partículas abrasivas -almacenamiento inadecuado del cable Estudio de Problemas por Fatiga (Parte 1 de 2)

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Tipo de falla encontrada en el caso

Figura 2.0 fractura de toron por adelgazamiento

Se puede determinar que la falla ocurrida en el cable posee una severidad de tipo 4, o sea, falla funcional repentina. Esta correspondería al primer modo de falla, es decir, “fractura súbita de los alambres”. La cual correspondería a un tipo de fractura de tipo “dúctil”, como se muestra en la figura ().la principal causa de este tipo de fractura es el exceso de carga aplicado a la pieza, que puede ocurrir como resultado de un diseño erróneo, una fabricación inadecuada o un abuso (someter la pieza a niveles de carga por encima del soportado), lo que nos indica claramente la posible causa que origino la falla.

Descripción del modo de falla: Fractura súbita en cable de acero por adelgazamiento en la zona donde se fracturo, mostrando texturas fibrosas en su superficie Contexto operativo. Parámetros técnicos de un puente grúa: Carro con polipasto de 3 toneladas Capacidad: 3000 kg. Ancho viga: 100-134 mm. Cable IWRC: ø 13 mm x 12 m. Estructura: ø 6 x 37 + 1. R.p.m.: 1380. Voltaje: 380 V 50 Hz. Radio mínimo de giro: 4 m. Potencia motor: 0,4 kW 3 Ph. Temperatura de trabajo: -20 a 40 ºC. Humedad de trabajo: < 85 %. Máximo de partidas por hora: 120 c/h. Peso total: 450 kg. Norma: ASME B30.17.

Figura 3.0 puente grua

Condiciones de trabajo: el puente de grúa se instalo para el montaje de un molino de bolas previsto a terminar en un tiempo máximo de 65 horas. El cual se ubicaría en el sector …..de la mina el teniente(Machalí, región de O’Higgins), ubicación en un galpón a la intemperie,

temperaturas extremas de 11ºC a 31ºC respectivamente. Estudio de Problemas por Fatiga (Parte 1 de 2)

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Consecuencias Al momento de ocurrir la falla, la carga que llevaba la grúa, se liberó sobre el conducto trunnion o muñón, que permite la entrada de la carga. Provocando la desalineación y deformación de esta parte del molino, dejándolo inutilizable. Fracturo también, los cimientos de la base del molino, lo que a su vez genero la perdida de seguridad principal. Es decir, genero consecuencias en productividad y seguridad de la empresa. No obstante, no perjudico a operadores, especialista o terceros ni afecto la integridad del medio ambiente. Por lo tanto, a fin de cuentas, el corte del cable del puente grúa conllevo a terminar la instalación del molino, teniendo que adquirir un conducto de descarga nuevo y desinstalar las partes fijadas a la base. Todo esto triplico el proceso de instalación al sumarle el mantenimiento y desinstalación de la grúa, instalación de un polipasto con capacidad de 5 toneladas, reparación y preparación de cimientos e instalación por segunda vez de las partes del molino de bolas Metodología de Análisis Causa Raíz. El Análisis Causa Raíz (ACR) es una metodología de confiabilidad que emplea un conjunto de técnicas o procesos, para identificar factores casuales de falla. Definición del problema Cuál es el problema: corte en cable de fijación Fecha de inicio de la operación: 2 de marzo de 2018 Fecha del problema: 3 marzo de 2018 Ocurrencia del problema: mala selección de elemento de grúa Donde ocurrió: sector molienda, minera el teniente Inpacto estimado: población: sin impacto seguridad: impacto en cimientos de la instalación ambiente: sin impacto productividad: 35000000 frecuencia: única y repentina     


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Argumento generativo de la falla La fractura del cable se Ocasionó debido a sobre exigir el puente de grúa (3 toneladas) destinado a la instalación de un molino bolas, esto se genero al momento de intentar fijar la carcaza exterior, la cual tiene un peso de 3800 kilogramos aproximadamente, el cable de acero tiene la capacidad de soportar 3000 kg según fabricante, según su norma de seguridad, la cual determina a indicar que lo admisible sea un 20% menos del punto de corte según cálculos de tensión en cables de acero. Es decir, en este caso el cable de acero podría soportar como máximo, 3600 kg, al verse afectado por una carga de tensión superior a la admisible al momento del izaje de la pieza a instalar, traccionándose los torones del elemento a sobremanera, ocasionando una pequeña deformación plástica dentro un plazo de tiempo de 120 segundos, a llegar al punto de fractura dúctil por adelgazamiento del material, liberándose la carga, generando un movimiento pendular de la pieza, generando el corte del otro cable de fijación junto con los daños colaterales antes descritos.

Análisis causa efecto.

personal inadecuado

falta de tiempo para preparar el proceso

falla de calculos de tesion

exceso de traccion

sobrecarga de polipasto

instalacion de polipasto inadecuado

deformacion plastica de torones

adelgazamiento de torones

fractura ductil en cable de acero


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Conclusión. La cauza raiz que identificamos en el elemnto del puente grua, fue la mala elecc ión del polipasto que realizaría la instalación del molino, esto debido al calcuo erróneo de tensiones en el cable de este, en el cual no se identiifico que una sobrecarga en el cable de 200 kg sobre el máximo admisible, podría ocasionar una falla en el elemento. Generalmente se toma a la ligera las tensiones que soportan los cables debido a la experiencia que poseen los especialistas al momento de las instalación, no obstante, la sobre confianza puede ocacionar perdidas a gran escala como la mostrada en este caso hipotético, en donde al no ver una leve exigencia de carga, casiono la triplicación de presupuesto destinado a una instaliacion de una semana, la cual se pudo terminar en un mes y medio. Cerrando este texto, cabe destacar que se pudieron cumplir los objetivos a cabalidad, dejando claro de mejor manera el modo y tipo de falla que afecto en este caso, pero además de las explicaciones que otorgamos queremos dejar la siguiente refexion:


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III. Referencias bibliográficas http://www.procase.cl/docs/2008217056_tmpCA3.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Puente-grúa https://www.researchgate.net/profile/Humberto_Gomez4/publication/28201029_Mecanismos_y_mod os_de_falla_en_cables_metalicos_estructurales/links/5640c12208aebaaea1 https://sites.google.com/a/unal.edu.co/afallaeespejo/classroom-news/modosdefallacomunesencables “Referencias bibliográficas”, según Norma APA 6° Edición.


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