MODOS DE FALLA COMUNES EN CABLES

MODOS DE FALLA COMUNES EN CABLES
FRACTURA
SÚBITA DE ALAMBRES
ASPECTOS GENERALES DE LA FRACTURA DE CABLES
Producto de la fatiga se agrietan y fracturan de manera progresiva los alambres del cable en servicio, generando
un aspecto del cable como el mostrado en la foto izquierda; cuando el cable se fractura bien sea de manera
súbita o por fatiga, precedida o no por cambio de geometría muestra un aspecto como el de la foto central,
mientras si la fractura fue precedida de daño por doblado o indentación puede asemejarse a la foto derecha.
Los alambres muestran adelgazamiento en la zona de fractura, estando ésta orientada perpendicular o diagonal
respecto al eje del alambre (fotos de la izquierda), mostrando la superficie de fractura una textura fibrosa (fotos de
la derecha).
ALGUNAS CAUSAS
-Si se presenta en todos los alambres del cable se puede deber a una sobrecarga del mismo por
aplicación de una fuerza mayor que su resistencia a tracción, 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.
PRECEDIDA DE CAMBIO EN GEOMETRÍA DE LOS ALAMBRES
POR FATIGA DE ALAMBRES
Los alambres muestran una fractura perpendicular o diagonal respecto al eje, con ausencia de adelgazamiento
(fotos de la izquierda), mostrando la superficie de fractura una textura tersa y en algunas ocasiones marcas de
playa concéntricas al origen (fotos de la derecha).
Los alambres muestran adelgazamiento por desgaste de su diámetro, indentación o doblado cerca de la zona de
fractura (fotos de la izquierda), presentándose fractura bien sea súbita (foto central derecha) o por fatiga (foto de
la derecha).
Marcas elípticas
(marcas de playa)
Fractura
Origen
Adelgazamiento
ALGUNAS CAUSAS
ALGUNAS CAUSAS
-Cargas de tracción elevadas.
-Radios de paso por poleas muy reducidos (cargas de flexión elevadas).
-No haber reemplazado el cable después de detectar alambres individuales rotos por fatiga.
-Consecuencia de un material de los alambres con resistencia inferior a la esperada.
DESGASTE
ADHESIVO
Se presenta arrastre superficial de los alambres, material adherido,
deformación y adelgazamiento.
-Roce del cable con un cuerpo más blando que produce desgaste adhesivo.
-Roce del cable con un cuerpo más duro que produce desgaste abrasivo.
-Ausencia de lubricante en el interior del cable que favorece el desgaste adhesivo entre alambres.
-Indentación o doblado sobre el cable.
CORROSIÓN
GENERALIZADA
Se presenta ataque corrosivo uniforme sobre las superficies de los
alambres generándose daño superficial y depósitos.
DESCARGA ELÉCTRICA
Por arcos eléctricos entre el cable y otro elemento adyacente, se genera
erosión superficial, fusión o evaporación del material, llegándose incluso
a la fractura de alambres.
ALGUNAS CAUSAS
ALGUNAS CAUSAS
-Roce del cable contra un elemento de menor dureza en servicio.
-Deslizamiento del cable contra las poleas.
-Ausencia de lubricación interna del cable que genera adhesión
entre los alambres.
-Almacenamiento inadecuado del cable.
ABRASIVO
Se presenta rayado superficial de los alambres y adelgazamiento.
ALGUNAS CAUSAS
-Roce del cable contra un elemento de mayor dureza en servicio.
-Presencia del partículas abrasivas entre los alambres del cable.
-Ambiente de trabajo lleno de particulas abrasivas.
-Almacenamiento inadecuado del cable.
ALGUNAS CAUSAS
-Ausencia de lubricante en el cable.
-Selección inadecuada del material del cable para el ambiente de
operación.
-Contaminación del lubricante con agua, otros lubricantes o
fluidos de la máquina.
-Aislamiento eléctrico incorrecto del cable o una estructura
cercana.
-Problemas en embobinados de los motores que impulsan cables.
-Consecuencia del agrietamiento por fatiga en cables transmisión
de potencia eléctrica.
POR PICADURA
Se presenta ataque corrosivo localizado generando daño en forma de
picaduras y depósitos.
DEFORMACIÓN
Se presenta deformación permanente en la superficie de los alambres por
indentación (foto de la izquierda) o por doblado (foto de la derecha).
ALGUNAS CAUSAS
-Ver las causas de la corrosión generalizada.
-Formación de gradientes de concentración de sustancias
corrosivas entre diferentes zonas del cable por encauchetados
parciales, inmersión parcial, etc.
ALGUNAS CAUSAS
-Presión lateral del cable por otro cuerpo u otra sección del cable.
-Doblado excesivo del cable por procedimientos incorrectos de
fijación.
-Procedimiento incorrecto de embobinado del cable en el tambor.
CONSIDERACIONES GENERALES
-En condiciones apropiadas de lubricación y carga, es decir, cuando se siguen procedimientos adecuados de mantenimiento y operación, la vida útil
de los cables está condicionada por la fatiga de alambres y el desgaste.
-La fatiga de los alambres se da especialmente en las zonas de los cables que pasan por las poleas, ya que los ciclos de flexión acentúan las cargas
de fatiga. La inspección de las superficies de fractura y desgaste de los alambres generalmente se hace con ayuda de lupas de 10 o 20X.
-En todos los cables deben establecerse criterios de aptitud para el servicio para la fatiga de alambres, es decir, el número máximo de alambres rotos
por unidad de longitud que se aceptarán durante las inspecciones periódicas, para en caso de superarse proceder a reemplazar el cable y evitar así
la falla por fractura; también deberá establecerse el máximo admisible de reducción del diámetro del cable por desgaste.
-Excepto que el diseñador especifique lo contrario, en general los cables están pensados para soportar solo cargas de tracción, por lo que para alargar
la vida a fatiga del mismo deben evitarse las cargas torsoras.
-El desgaste, el doblado, la corrosión y la descarga eléctrica, disminuirán la vida a fatiga del cable y favorecerán la fractura súbita.
-El lubricante en el cable protege de la corrosión y lubrica internamente las zonas de fricción entre los alambres y torones, aumentando así la vida a
desgaste interno del elemento.
-Un correcto alineamiento entre las poleas minimizará la aparición de cargas flectoras que acorten la vida a fatiga.
-Inspeccionar periódicamente para detectar elementos que puedan generar desgaste o indentación sobre los cables.
-Asegurar que las canales de las poleas tengan la geometría adecuada para evitar acción de desgaste o indentación sobre los cables, así mismo
verificar los rodamientos de las poleas y su lubricación, pare evitar una fricción excesiva o deslizamiento del cable en las canales.
-Si en fabricación se genera una dureza excesiva o muy baja de los alambres, decarburación o daño superficial por el proceso de trefilado, se puede
favorecer la fractura súbita o una vida a fatiga corta de los alambres. Así mismo problemas de trensado de los alambres y torones pueden degenerar en
cargas desiguales entre alambres, favoreciendo la fractura prematura por fatiga o la fractura súbita.
-Los cables de transmisión de potencia eléctrica pueden generar grietas de fatiga producto de las cargas del viento, y a su vez el agrietamiento por fatiga
favorecerá la aparición de arcos eléctricos internos entre los fragmentos de alambres.
-Es muy importante seleccionar el material adecuado de los alambres del cable en aquellas aplicaciones donde se requiere resistencia a la corrosión,
como es el caso de alambres expuestos a la intemperie o en medios con ambientes corrosivos.
-Es aplicaciones civiles a la intemperie como puentes colgantes, se pueden elegir geometrías de alambres no circulares que minimicen el infiltrado de
líquidos o recurrir a flujo de gases inertes dentro de una chaqueta que aísle al cable minimizando la entrada de humedad.
-Utilizar viscosidad, paquete de aditivos y el tipo de lubricante recomendado por el fabricante del cable.
-Los mecanismos de falla descritos se traducen en vibración, ruido y calor, signos que si se detectan a tiempo podrán evitar daños catastróficos en los
equipos o lesiones en operarios.
-Concientizar a los operadores, conductores y usuarios en general sobre la importancia de evitar sobrecargar por tracción y/o velocidad y/o impactos los
equipos bajo su cargo.
-Las causas comunes de los modos de falla descritos aquí son solo una guía general, ya que cada caso de falla debe analizarse de manera particular
para encontrar otras posibles causas.
EDGAR ESPEJO MORA y JUAN CARLOS MARTÍNEZ ROMERO
[email protected]
Grupo de Investigación AFIS (Análisis de Fallas, Integridad y Superficies)
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica - Bogotá
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
Julio - 2011