TECNALIA, Mecanismos de fallo (fatiga, corrosión, alta temperatur). La importancia de los ensayos, María Vaquero

1. MECANISMOS DE FALLO: LA
IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
María Vaquero, Experta en Ingeniería de Materiales de la
División de Servicios Tecnológicos, TECNALIA
ENSAYOS PARA GARANTIZAR LA VIDA EN SERVICIO DE NUESTROS PRODUCTOS
14‐Junio‐2017

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Índice
Definición de fallo, mecanismos principales y ensayos deseables desde fabricación.
Casos prácticos: fallos de fabricación y ensayos para validar materiales.
Conclusiones
MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
Ensayos para garantizar la vida en servicio de nuestros productos

3. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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¿QUÉ ES UN FALLO?:
Se considera que un componente ha fallado cuando éste se
encuentra en una condición bajo la cual no puede cumplir
con la función para la cual fue diseñado.
No sólo rotura o agrietamiento de un componente. Fallo
puede implicar aparición de vibraciones, baja eficiencia de
un intercambiador, bajo caudal de una instalación por
acumulación de depósitos, pérdida de estética por
corrosión…

4. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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¿CUÁNTO CUESTA SUFRIR UN FALLO?:
 Los fallos suponen aprox. 5% del PNB de los países
industrializados. Equivalente a 1.000$/persona al año.
 PÉRDIDAS DIRECTAS: Reposición de estructuras fallidas o
equipos inservibles por daño acusado.
 PÉRDIDAS INDIRECTAS:
• Daño en estructuras de alrededor (p. ej. caída de una
torre sobre equipos de producción)
• Interrupciones en la producción (p.ej. central térmica)
• Contaminación por producto (p.ej. accidente
medioambiental)
• Contaminación y pérdida de producto (p.ej.
alimentación)
• Pérdidas de rendimiento (p.ej. Intercambiador)
• Pérdidas por sobredimensionado excesivo
• Pérdidas por accidentes (p.ej. lesiones o muertes)

5. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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¿CÓMO HACER UN ANÁLISIS DE FALLO?:
1. Identificar el mecanismo de fallo.
FALLO
SOLICITACIONES MECANICAS
FRACTURAFATIGA
Fatiga térmica
Fluencia
ALTA TEMPERATURA
Oxidación
Carburación
MEDIOS AGRESIVOS
CORROSIÓN
PROTECCIÓN
Corrosión fatiga
Corrosión bajo tensión
Corrosión erosión
DESGASTE

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¿CÓMO HACER UN ANÁLISIS DE
FALLO?:
1. Identificar el mecanismo de fallo.
2. Establecer la causa raíz.
3. Establecer responsabilidades: DISEÑO,
FABRICACIÓN, USO / MANTENIMIENTO.
4. Establecer soluciones para evitar futuros
fallos :
 Rediseño.
 Variar especificaciones de fabricación.
 Cambio de material.
 Exigir ensayos adicionales.
 Redefinir condiciones de uso.
 …

7. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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¿QUÉ NOS APORTAN LOS ENSAYOS DESDE
FABRICACIÓN PARA EVITAR FALLOS?:
¿QUÉ NOS APORTAN LOS ENSAYOS DESDE
FABRICACIÓN PARA EVITAR FALLOS?:
 Clave: Identificación de materiales y sus propiedades. Los
certificados de calidad dan información pero pueden no ser
correctos o no dar suficientes datos.
o Composición química (material y capas)
o Metalografía (tratamiento térmico, espesores de capas,
sensibilización, etc.)
o Propiedades mecánicas (ensayo de tracción, resiliencias,
durezas, fluencia, etc.)
o Ensayos de corrosión (identificación de zonas críticas,
estimación de durabilidad, etc.)
 Propiedades a temperatura ambiente y en condiciones de
trabajo.
 Comprobación de propiedades tras la fabricación de un
componente (evolución por temperatura o deformación,
incorporación de puntos críticos, reducción de resistencia por
concentradores de tensiones, etc.).
 Comprobación de dimensiones, acabado, espesores de capa, etc.

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CASO PRÁCTICOS.
FALLOS DE FABRICACIÓN:
 Corrosión en aletas de aluminio de
intercambiador debido a recubrimiento mal
aplicado.
 Ampollamiento de vástago por la aplicación
deficiente de un recubrimiento metálico.
OTROS:
 Validación de propiedades de fluencia
mediante ensayos.

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CASO PRÁCTICO_1: BATERIAS
DE REFRIGERACIÓN
Baterías de refrigeración. Tubo de cobre con aletas
de aluminio para disipación de calor.
Instalación exterior. Cerca de la costa y en un
polígono industrial.
Tras 4 años: alto grado de deterioro por corrosión
del aluminio de los paneles exteriores (más
expuestos).
Solución: aletas de aluminio pintadas.
• Unidades nuevas pintadas.
• Unidades recuperadas aplicando pintura in situ.
Certificado de calidad: Ensayo de resistencia a la
corrosión en CNS > 1.000h.

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Tras 1 año con las nuevas unidades: ampollamiento de la pintura y corrosión del Al!.
Fallo de las unidades nuevas tratadas en fábrica. Las pintadas in situ todavía OK.
CASO PRÁCTICO_1: BATERIAS DE REFRIGERACIÓN

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¿QUÉ PASÓ?:
• Lo esperable: corrosión atmosférica en ambiente marino y
posiblemente industrial.
• Pintura aparentemente adecuada (zonas generales OK,
aunque lleva poco tiempo) pero no los bordes de las aletas
quedan sin recubrir. Fallo de fabricación.
RECOMENDACIONES:
No fabricar las aletas a partir de chapa prepintada. En ese caso:
Reparar las zonas de corte con pistola o aplicar la pintura por
inmersión tras fabricar las baterías.
Realizar ensayo de corrosión sobre la pieza.
No aplicar la pintura in situ: resultado muy heterogéneo y
posibles problemas a medio plazo.
CASO PRÁCTICO_1: BATERIAS DE REFRIGERACIÓN

12. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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Componente: Vástago de compresor para condiciones de servicio con H2.
Problema de ampollamiento reiterativo cada vez que se monta un vástago original.
 Material: acero inoxidable martensítico AISI 410 en estado de temple y revenido con
una dureza aproximada de 22HRc.
 Recubrimiento: carburo de tungsteno. Resistencia al desgaste.
CASO PRÁCTICO_3: VÁSTAGO DE COMPRESOR

13. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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Problema: Ampollamiento en zona en trabajo con H2.
Composición química y mecánica del vástago OK.
Composición química del recubrimiento OK.
¿QUÉ HA PASADO?
El H2 difunde a través de la capa de recubrimiento y
se acumula en la intercara con el acero inoxidable. La
porosidad de la capa reduce su resistencia a la
permeabilidad de gases y una baja unión del
recubrimiento al sustrato (chorreado muy agresivo y
presencia de partículas de granalla) favorece su
acumulación.
CASO PRÁCTICO_3: VÁSTAGO DE COMPRESOR

14. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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Ensayos para garantizar la vida en servicio de nuestros productos
¿CÓMO EVITARLO?:
Preparación superficial fina. Limpieza
posterior adecuada. Aplicación de un
recubrimiento con equipos y parámetros
que consigan mayor compactación de
capa.
Tratamiento de probeta testigo durante el
proceso de fabricación permitirá,
mediante metalografía, caracterizar la
capa y estimar su durabilidad.
CASO PRÁCTICO_3: VÁSTAGO DE COMPRESOR

15. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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Componentes: Tubo de caldera en acero P92 (9%Cr, 1,75%W, 0,5%Mo microaleado
con V y Nb)
Criterio de diseño de estos componentes: Fluencia (tensión ‐ temperatura –
tiempo).
Durabilidad ligada a correcta fabricación.
Requerimientos de ensayos de fluencia para asegurar la fabricación,
habitualmente a tiempos largos (> 10.000h).
¿Cómo suministrar el producto a corto plazo?
CASO PRÁCTICO_5: VALIDACIÓN A FLUENCIA

16. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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ª 273 36 10
CASO PRÁCTICO_5: VALIDACIÓN A FLUENCIA
1. Obtención de la curva LM
del material P92 a partir de
datos de bibliografía.
2. Incorporación de
especificación del cliente
para t largos.
3. Obtención de parámetros
(temperatura y tensión) para
realizar ensayos cortos de
fluencia. Teórico 200 y 500h.

17. MECANISMOS DE FALLO: LA IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS.
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CASO PRÁCTICO_5: VALIDACIÓN A FLUENCIA
4. Colocación de resultados
en la curva teórica del
material.
5. Comparación con las
especificaciones del
cliente.
Probablemente requieren
ensayos a tiempos largos,
pero es una buena base para
aceptar un producto hasta la
validación final.

18. www.tecnalia.com
María Vaquero, Ingeniería de Materiales
maria.vaquero@tecnalia.com
Gracias por vuestra atención,
Mila esker zuen arretaz