Rotura de ejes por fatiga en motores eléctricos (y la importancia de entender los ciclos de operación)
Aunque no es el modo de falla más común, la rotura de ejes en motores suele ser un motivo de debate y análisis. Más allá de que el desenlace sea siempre la fractura, los motivos pueden variar en función del ciclo de operación de cada motor o la posibilidad de que se den esfuerzos extraordinarios, por lo que la identificación de la causa raíz es la única manera de solucionar a largo plazo este tipo de problemas mecánicos.
En el caso de ciclos de carga intermitente con arranque (S4 según IEC 60034-1) o regímenes similarmente demandantes, la fatiga se convierte en el motivo fundamental de este modo de falla, que dependiendo del patrón de rotura que se forme en la superficie es posible identificar la categoría de fatiga presente. Sin embargo, ante una falla de estas características puede ser intuitivo pensar que un eje que falla en poco tiempo es víctima de un sobre esfuerzo torsional, lo cual no necesariamente es cierto.
El análisis minucioso de la superficie fracturada es una disciplina denominada fractografía, que hace posible identificar el cómo, por qué y dónde se originó una rotura. Sin intentar entrar en el dominio de los expertos de este campo, es posible identificar patrones de falla que pueden permitir realizar un análisis macroscópico para el ojo entrenado. La imagen adjunta corresponde a un conjunto de motores de un tren laminador sufrió la falla de sus ejes por fatiga en cuestión de pocos días. Es común tender a pensar que la fatiga es un proceso que se desarrolla en cierto tiempo, pero si un motor realiza seis arranques unidireccionales por minuto como en este caso, los tiempos se aceleran. Al punto de que antes de ver la falla pensamos que nos encontraríamos con una fractura producto de esfuerzos torsionales excesivos, lo cual no fue así.
¿Cuáles son algunas soluciones para este tipo de defectos?
- Aliviar las zonas de concentración de tensiones, introduciendo radios de transición más generosos – realizar radios en chaveteros.
- Realizar acabados superficiales finos y tratamientos de dureza superficial.
- Utilizar materiales con mayor tenacidad y resistencia a la fatiga, como acero SAE 4140 bonificado en lugar de SAE 1045, incluso si se trata de motores de potencias bajas.
El estudio de este tipo de fallas es una ciencia en sí misma, y lógicamente los expertos de este campo pueden dar lecciones infinitamente más enriquecedoras que esta simple publicación. Sin embargo creo que es importante conocer los aspectos básicos de este tipo de falla para saber identificar la causa raíz y eliminarla, aún para los que nos sentimos más cómodos en la rama eléctrica.
Se agradece a Gonzalo Gómez, Gerente general en Fabrifor y Docente titular de cátedra de Máquinas Eléctricas por el valioso aporte.
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