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Fundamentos del Análisis de Falla

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Fundamentos del Análisis de Falla
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2612
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 partícular para los ingenieros mecánicos, eléctricos, industriales y químicos. En consecuencia, se considera que el texto será utilidad para todos los ingenieros, en partícular para los ingenieros mecánicos, eléctricos, industriales y químicos.

Atributos LU

TítuloFundamentos del Análisis de Falla
AutorGustavo Tovar Sánchez
Tabla de ContenidoPrefacio

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

TipoLibro
ISXN9789588060521
Año de Edición2006
Núm. Páginas452
Peso (Físico)780
Tamaño (Físico)17 x 24 cm

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