Tecnologia de maquinas

Tecnología de Máquinas i*
Miguel Moro Vallina**

1.
1.1.

Fundamentos del diseño mecánico
Seguridad y fiabilidad

Factor de seguridad y coeficiente de fiabilidad Para diseñar un dispositivo de manera que no falle, se precisa en primer lugar un parámetro que defina el estado del sistema, i.e., un parámetro que disponga de un rango de valores dentro del cual se puede esperar un comportamientosatisfactorio del sistema, y fuera de él sea previsible el fallo. Naturalmente, en muchas ocasiones los parámetros pueden ser múltiples y además pueden estar vinculados entre sí. Como paso previo al diseño, es preciso encontrar todas las posibles causas de fallo, los parámetros que representan cada uno de ellos y su valor límite; el problema de diseño se replantea entonces como una forma dedisponer las cosas de manera que ninguno de los parámetros representados supere su valor límite. De forma general, se define el factor de seguridad respecto a un parámetro representativo del estado del sistema como el cociente entre el valor límite de ese parámetro y su valor actual o previsto en el diseño:1 nξ = ξlím . ξ

* Apuntes preparados a partir de José Ignacio Pedrero Moya: Tecnología deMáquinas. Tomo I: Fundamentos. Ejes, acoplamientos y apoyos. Madrid, 2005: Universidad Nacional de Educación a Distancia. Los apuntes corresponden a la asignatura homónima del Plan 2001 de la carrera de Ingeniería Industrial de la uned. Originalmente, los apuntes habían sido pensados para incluir toda una serie de figuras sin las cuales la comprensión del texto se hace farragosa. Las limitaciones detiempo me han obligado a renunciar a este objetivo y, a pesar de todo, he creído que pueden ser de utilidad; pero deben ser usados teniendo en cuenta este hecho. This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5 Spain License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/es/ or send a letter to Creative Commons, 543Howard Street, 5th Floor, San Francisco, California, 94105, USA. La composición A de este documento se ha realizado mediante L TEX. ** Correo: narodnaia@gmail.com. Web: http://narodnaia.googlepages.com 1 En todo caso, esta definición no tiene demasiado sentido si el parámetro escogido carece de un origen significativo. Por ejemplo, si el parámetro es una temperatura, es más lógico definir el factor deseguridad con respecto a una temperatura de referencia, que podría ser la temperatura ambiente media del lugar del que se trate. Así, n∆T = Tlím −T0 . T −T
0

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1.1. Seguridad y fiabilidad

En definitiva, un parámetro representativo del estado de un sistema es aquél que presenta un valor límite a partir del cual, y no antes, cabe espera que se presente el fallo. Para poder hablar defactor de seguridad, el valor cero del parámetro debe corresponder a un estado de seguridad prácticamente absoluta, y en tal caso el factor de seguridad respecto al parámetro se define como el cociente entre el valor límite del mismo y el valor actual (verificación) o previsto (diseño). En la realidad, sin embargo, no existe un valor límite de un parámetro que defina la separación entre el funcionamientocorrecto y el fallo del sistema. En la realidad se presentan distribuciones estadísticas, con una probabilidad normalizada de fallo p(ξ) y una probabilidad acumulada de fallo P (ξ). Entonces se define el coeficiente de fiabilidad R para un valor ξ0 del parámetro como la probabilidad de buen funcionamiento cuando el parámetro toma un determinado valor. R viene dado por:
ξ0

R(ξ0 ) = 1 − P (ξ0 ) = 1−

p(ξ)dξ.
−∞

En el diseño mecánico, el sistema de fuerzas que actúa sobre un elemento es, en principio, un parámetro bastante indicativo del funcionamiento del mismo. Aquí, el fallo se llama rotura y el factor de seguridad respecto a la fuerza viene dado por: Flím n= . F No obstante, al igual que se observaba para el caso general, en la práctica no existe una Flm , sino una distribución...