El análisis de fallas es el proceso de recopilar y analizar datos para determinar la causa de una falla , a menudo con el objetivo de determinar acciones correctivas o responsabilidad. Según Bloch y Geitner, "las fallas de la maquinaria revelan una cadena de reacción de causa y efecto... generalmente una deficiencia comúnmente conocida como el síntoma...". [1] El análisis de fallas puede ahorrar dinero, vidas y recursos si se realiza correctamente y se actúa en consecuencia. Es una disciplina importante en muchas ramas de la industria manufacturera, como la industria electrónica , donde es una herramienta vital utilizada en el desarrollo de nuevos productos y para la mejora de los productos existentes. El proceso de análisis de fallas se basa en la recopilación de componentes defectuosos para el examen posterior de la causa o causas de la falla utilizando una amplia gama de métodos, especialmente microscopía y espectroscopia . Los métodos de pruebas no destructivas (NDT) (como la tomografía computarizada industrial ) son valiosos porque los productos defectuosos no se ven afectados por el análisis, por lo que la inspección a veces comienza utilizando estos métodos.
La investigación forense del proceso o producto fallido es el punto de partida del análisis de fallos. Dicha investigación se lleva a cabo utilizando métodos analíticos científicos, como mediciones eléctricas y mecánicas, o mediante el análisis de datos de fallos, como informes de rechazo de productos o ejemplos de fallos anteriores del mismo tipo. Los métodos de ingeniería forense son especialmente valiosos para rastrear defectos y fallas del producto. Pueden incluir grietas por fatiga , grietas frágiles producidas por corrosión bajo tensión o grietas por tensión ambiental , por ejemplo. Las declaraciones de testigos pueden ser valiosas para reconstruir la secuencia probable de eventos y, por lo tanto, la cadena de causa y efecto. Los factores humanos también pueden evaluarse cuando se determina la causa del fallo. Existen varios métodos útiles para prevenir que se produzcan fallos en el producto en primer lugar, incluido el análisis de modos de fallo y efectos (FMEA) y el análisis del árbol de fallos (FTA) , métodos que pueden usarse durante la creación de prototipos para analizar los fallos antes de que se comercialice un producto.
Varias de las técnicas utilizadas en el análisis de fallas también se utilizan en el análisis de no falla encontrada (NFF) , que es un término utilizado en el campo del mantenimiento para describir una situación en la que un modo de falla informado originalmente no puede ser duplicado por el técnico evaluador y, por lo tanto, el defecto potencial no se puede reparar.
La falla NFF puede atribuirse a oxidación, conexiones defectuosas de componentes eléctricos, cortocircuitos o aperturas temporales en los circuitos, errores de software, factores ambientales temporales, pero también a errores del operador. Una gran cantidad de dispositivos que se informan como NFF durante la primera sesión de resolución de problemas a menudo regresan al laboratorio de análisis de fallas con los mismos síntomas de NFF o un modo de falla permanente.
El término análisis de fallos también se aplica a otros campos como la gestión empresarial y la estrategia militar.
Un ingeniero de análisis de fallas a menudo juega un papel principal en el análisis de fallas, ya sea que un componente o producto falle en servicio o si la falla ocurre en la fabricación o durante el proceso de producción. En cualquier caso, uno debe determinar la causa de la falla para prevenir que ocurra en el futuro y/o para mejorar el rendimiento del dispositivo, componente o estructura. Los ingenieros estructurales e ingenieros mecánicos son muy comunes para el trabajo. Los ingenieros de materiales también pueden ingresar al puesto con especialidades más específicas. La especialización en metalurgia y química siempre es útil junto con las propiedades y resistencias de los materiales. Se puede contratar a alguien por diferentes razones, ya sea para prevenir más problemas o para resolverlos. El salario medio de un ingeniero de análisis de fallas, un ingeniero con experiencia en el campo, es de $81,647. [2] [¿ a partir de? ] Un ingeniero de análisis de fallas requiere una buena cantidad de comunicación y capacidad para trabajar con otros. Por lo general, la persona contratada tiene una licenciatura en ingeniería, pero hay certificaciones que se pueden adquirir. [2]
El análisis de fallos de muchos productos diferentes implica el uso de las siguientes herramientas y técnicas:
El Sr. Brahimi es consultor de American Bridge Fluor y tiene una maestría en ingeniería de materiales. [3]
El Sr. Aguilar es el Jefe de la División de Pruebas de Materiales Estructurales de Caltrans y cuenta con 30 años de experiencia como ingeniero. [3]
El Sr. Christensen, consultor de Caltrans con 32 años de experiencia en metalurgia y análisis de fallas. [3]
Observación visual, que es un examen no destructivo. Esto reveló signos de fragilidad sin deformación plástica permanente antes de la rotura. Se observaron grietas que eran el punto de ruptura final de las barras de corte. Los ingenieros sospecharon que el hidrógeno estaba involucrado en la producción de las grietas. [3]
Microscopía electrónica de barrido, que consiste en escanear las superficies agrietadas con un gran aumento para comprender mejor la fractura. La fractura completa se produjo después de que la varilla no pudiera sostenerse bajo carga cuando la grieta alcanzó un tamaño crítico. [3]
Examen microestructural en el que se examinaron secciones transversales para revelar más información sobre los enlaces interconectados del metal. [3]
Prueba de dureza utilizando dos estrategias, la Dureza Rockwell C y la Microdureza Knoop que revela que no fue tratado térmicamente de forma correcta. [3]
La prueba de tracción le indica al ingeniero que la resistencia a la fluencia, la resistencia a la tracción y la elongación fueron suficientes para cumplir con los requisitos. Anamet Inc. tomó varias piezas y las realizó [3].
La prueba de impacto Charpy V-Notch muestra la tenacidad del acero tomando diferentes muestras de la varilla y realizada por Anamet Inc. [3]
El análisis químico fue la prueba final también realizada por Anamet Inc. que cumplió con los requisitos para ese acero. [3]
Las varillas fallaron debido a la fragilización por hidrógeno, que era susceptible al hidrógeno de la alta carga de tracción y al hidrógeno que ya se encontraba en el material. Las varillas no fallaron porque no cumplían con los requisitos de resistencia para estas varillas. Si bien cumplían con los requisitos, la estructura no era homogénea, lo que causaba diferentes resistencias y baja tenacidad. [3]
Este estudio muestra algunas de las muchas formas en que se puede realizar un análisis de fallas. Siempre se comienza con una forma no destructiva de observación, como la escena de un crimen. Luego se toman fragmentos del material de la pieza original que se utilizan en diferentes observaciones. Luego se realizan pruebas destructivas para determinar la dureza y las propiedades del material y encontrar exactamente qué salió mal. [3]
El puente de la autopista Nimitz de Oakland se derrumbó durante un terremoto, incluso después de que se implementara el programa para reforzarlo. Se pidió a distintos ingenieros su opinión sobre la situación. Algunos no culparon al programa ni al departamento, como James Rogers, que dijo que en caso de terremoto hay “una buena posibilidad de que el Embarcadero hiciera lo mismo que el Nimitz”. [4] Otros dijeron que se podría haber hecho más para prevenirlo. Priestly dijo que “ninguno de los proyectos del departamento para reforzar las carreteras abordó los problemas de debilidad…” en las juntas del puente. Algunos expertos coincidieron en que se podría haber hecho más para prevenir este desastre. El programa está en el punto de mira por hacer que “la falla sea más grave”. [4]
Un producto debe poder funcionar incluso en las situaciones más difíciles. Esto es muy importante en productos fabricados para construcciones costosas, como edificios o aviones. Si estas piezas fallan, pueden causar daños graves o problemas de seguridad. Un producto comienza a diseñarse "...para minimizar los riesgos asociados con este "escenario de peor caso". Para discernir el peor de los casos es necesario comprender completamente el producto, su carga y su entorno de servicio. Antes de que el producto entre en servicio, un prototipo suele someterse a pruebas de laboratorio que demuestran que el producto resiste el peor de los casos como se esperaba". [6] Algunas de las pruebas que se realizan actualmente en los motores a reacción son muy intensivas para comprobar si el motor puede soportar:
Estas pruebas deben ser más difíciles que las que experimentará el producto en uso. Los motores se llevan al máximo para garantizar que el producto funcione como debería sin importar las condiciones. El análisis de fallas en ambos lados tiene como objetivo prevenir daños y mantener la seguridad.