La fatiga mecánica es un fenómeno que desgraciadamente se da en muchas estructuras y materiales de mecanismos del coche, moto, etc. Este fenómeno termina con daños severos en la parte a la que afecta, por eso es importante conocer qué es y si se puede hacer algo para prevenirlo.
Además, sabrás cuánto de culpa tiene el fabricante del vehículo en que esto suceda, es decir, en la famosa obsolescencia programada… en eso que se suele decir frecuentemente: «los coches ya no duran como los de antes».
¿Qué es la fatiga mecánica?
La fatiga mecánica es un fenómeno de rotura progresiva que ocurre en materiales sometidos a cargas cíclicas, es decir, cargas que se repiten en el tiempo. A diferencia de la rotura por sobrecarga, donde un material falla debido a una carga estática que excede su límite elástico, la fatiga se produce por la acumulación de daño en el material a lo largo de múltiples ciclos de carga. Y es importante, ya que puede llevar al fallo inesperado de componentes estructurales, con graves consecuencias para la seguridad y la fiabilidad de sistemas mecánicos.
La fatiga mecánica o fatiga de los materiales se da frecuentemente en partes del coche como pueden ser las suspensiones, que se someten a constantes contracciones y estiramientos, así como las piezas del motor alternativo, sometidas a movimientos repetitivos de forma muy frecuente (véase RPM), en las bisagras, la dirección, los ejes, etc.
Para caracterizar un ciclo de carga, se utilizan factores de los materiales como la amplitud de tensión (σa), que es la mitad de la diferencia entre la tensión máxima y la tensión mínima en un ciclo, la tensión media (σm), que es el valor medio de la tensión máxima y la tensión mínima en un ciclo, y la relación de tensión (R), que es la relación entre la tensión mínima y la tensión máxima en un ciclo.
Curvas S-N
Las curvas S-N (Wöhler) son representaciones gráficas que relacionan la amplitud de tensión (S) con el número de ciclos hasta la fractura (N) para un material dado. Por tanto, hay una por cada material, aunque el ejemplo que he puesto en la imagen anterior es un caso genérico. Sea como sea, estas curvas permiten determinar la vida a fatiga de un componente para un determinado nivel de tensión.
Ejemplo de ecuación básica de la curva S-N:
σa m · N = C
En esta fórmula tenemos σa que es la amplitud de tensión, N el número de ciclos hasta la fractura, m y C son las constantes del material a analizar. No obstante, hay que destacar que el cálculo de la fatiga es complejo, y todo dependerá de los materiales y su estructura, y se necesita comprender bien la mecánica y las propiedades del material en cuestión.
Además de las curvas S-N para calcular la fatiga mecánica de un material, también existen otros métodos de cálculo, como la regla de Miner, que calcula el daño acumulado por cargas repetidas en el tiempo, u otros métodos numéricos, aunque esto no me interesa actualmente, solo citarlo…
Fases de la fatiga de los materiales
La fatiga mecánica tiene unas fases determinadas para que se produzca en tu coche y que deberías conocer. Este fenómeno se inicia con la formación de pequeñas grietas en la superficie del material, a veces pueden no ser visibles a simple vista, generalmente en zonas de concentración de tensiones como agujeros, muescas o cambios bruscos de sección. Estas grietas se propagan gradualmente bajo la acción de las cargas cíclicas, hasta alcanzar una longitud crítica en la que el material ya no puede soportar la carga y se produce la fractura.
Las etapas o fases de las que hablamos son básicamente:
- Inicio de la grieta: se produce en zonas de concentración de tensiones, donde las microestructuras del material son más débiles. Esto dependerá de la flexibilidad o resistencia a la fatiga que tenga el material, los materiales más flexibles suelen resistir más.
- Propagación de la grieta: la grieta se extiende a lo largo de planos, creciendo de forma constante conforme siguen aplicándose las sucesivas cargas a la pieza o estructura.
- Fractura final: al final, la grieta alcanza una longitud crítica y se produce la rotura, momento en el que notas el fallo.
Factores e influencia en la fatiga
Numerosos factores pueden influir en la resistencia a la fatiga de un material, entre ellos:
- Tipo de material: los materiales metálicos son especialmente susceptibles a la fatiga, aunque otros materiales como los polímeros y las cerámicas también pueden experimentar este fenómeno.
- Microestructura: si el material tiene labrados surcos, perforaciones, porosidades y otros defectos en la estructura del material puede acelerar el inicio y la propagación de las grietas.
- Tratamiento térmico: también pueden modificar las propiedades mecánicas del material y, por lo tanto, su resistencia a la fatiga.
- Recubrimientos: los tratamientos superficiales pueden mejorar o empeorar la resistencia a la fatiga, dependiendo de sus propiedades y de la forma en que interactúan con el sustrato.
- Medio ambiente: la temperatura, la humedad, la presencia de agentes corrosivos y otros factores ambientales pueden acelerar el proceso de fatiga.
- Tipo de carga: la amplitud de la carga, la frecuencia de carga, el tipo de ciclo de carga (sinusoidal, triangular, aleatorio) y la presencia de sobrecargas pueden afectar significativamente la vida a fatiga de un componente.
Aunque la industria del automóvil necesita cumplir unos estándares mínimos de seguridad, tampoco se puede esconder que muchos coches actuales no tienen una vida útil tan prolongada como los de antes, algo que también se traslada a electrodomésticos y otras muchas cosas. Lo que conocemos como obsolescencia programada de tipo funcional.
Esto está muy bien estudiado por parte de los fabricantes de productos, para crear diseños que puedan cumplir con creces el proceso de garantía, pero que tampoco sean los más fiables de todos, para que necesariamente tengas que invertir dinero en reparaciones o cambiando de vehículo, de lo contrario la industria no se mueve. Imagina que te venden bombillas que son eternas, la industria de las bombillas se iría a pique…
Las formas que tienen los fabricantes de coches para controlar estos factores van desde el diseño, la calidad de los materiales, la geometría, tratamientos, pasando por cálculos de fatiga, control de calidad, etc. Sin embargo, tú puedes hacer mucho para prevenir estos daños por fatiga, como con un buen mantenimiento.
Métodos para mejorar la resistencia a la fatiga
Existen diversas estrategias para mejorar la resistencia a la fatiga en tu coche, como:
- Tratamiento: cuida bien las superficies de los materiales, para mantenerlos siempre libres de corrosión.
- Engrasado: también es importante mantener un buen engrasado de las piezas, y los niveles de aceite y refrigerante controlados, para evitar que la fricción o las altas temperaturas aceleren el proceso de fatiga.
- Estilo de conducción: esto es otra cosa importante, si aceleras o frenas de forma brusca, conduces a altas RPM, no controlas la temperatura del motor, o conduces de forma rápida por vías con muchos baches (altas vibraciones), evidentemente la fatiga llegará antes…
Independientemente de eso, poco puedes hacer, solo buscar listas con los modelos más fiables para comprar un coche más resistente a estos fallos…
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