Ingeniería forense · Análisis técnico
¿Qué puede enseñarnos la falla de un tornillo en una turbina eólica?
Fatiga, precarga y condiciones de montaje: por qué identificar el mecanismo de fractura no necesariamente significa haber determinado la causa raíz.
En una turbina eólica, un componente aparentemente pequeño puede desempeñar una función crítica.
Durante una investigación forense realizada en un parque eólico, se analizó la falla repetitiva del sistema de sujeción de acumuladores hidráulicos asociados al sistema de pitch de palas en turbinas de más de 4 MW de capacidad nominal.
La evidencia examinada presentó características macroscópicas compatibles con un proceso de fractura por fatiga en los tornillos de sujeción. Entre ellas se observaron marcas de playa en la superficie de fractura, indicativas de un proceso progresivo de iniciación y propagación de grieta hasta alcanzar la rotura final.
Sin embargo, identificar el mecanismo de fractura es solamente el inicio de la investigación.
Del mecanismo de falla a la causa raíz
Determinar que un tornillo presenta características compatibles con fatiga responde una primera pregunta: ¿cómo falló el componente?
La siguiente es más compleja:
¿Por qué se desarrolló ese mecanismo de falla?
En una unión atornillada sometida a cargas dinámicas, factores como la precarga del tornillo, la geometría y planitud de las superficies de contacto, la distribución de cargas y las condiciones de instalación pueden modificar significativamente los esfuerzos que experimentan los elementos de fijación durante la operación.
En el caso analizado se consideraron, entre otras, hipótesis relacionadas con un apriete incorrecto o fuera de especificación, una posible planitud insuficiente de las superficies de contacto entre el soporte y la carcasa del hub, condiciones propias del material de los tornillos o una combinación de distintos factores.
Estas hipótesis no constituyen, por sí mismas, una determinación de causa. Su evaluación requiere contrastarlas con la evidencia disponible.
Cuando el problema no se limita a un componente
Una superficie de contacto fuera de especificación puede modificar el área efectiva de transmisión de cargas y generar esfuerzos adicionales sobre los elementos de fijación. De manera similar, una precarga incorrecta puede alterar la forma en que una unión atornillada responde ante las cargas cíclicas generadas durante la operación de la turbina.
Por ello, encontrar una problemática similar en más de una turbina y en distintos tornillos modifica la perspectiva de la investigación.
La pregunta deja de ser únicamente:
¿Por qué se rompió este tornillo?
y se amplía a:
¿Existe una condición común que pueda estar afectando al sistema de sujeción?
Esta distinción es fundamental. La recurrencia de una falla puede justificar la evaluación de variables comunes relacionadas con diseño, fabricación, materiales, montaje, procedimientos de apriete, mantenimiento o condiciones de operación, sin asumir de antemano cuál de ellas constituye la causa.
La importancia de integrar la evidencia
Un Análisis de Causa Raíz (ACR) no debería detenerse en el componente fracturado.
Dependiendo de la naturaleza y complejidad del evento, la investigación puede requerir integrar:
- evidencia obtenida durante la inspección;
- características de las superficies de fractura;
- información y análisis de materiales;
- geometría y condiciones de las superficies de contacto;
- especificaciones de torque y precarga;
- procedimientos y registros de montaje;
- historial de mantenimiento e intervenciones;
- documentación de fabricación;
- especificaciones del fabricante; y
- datos operativos del equipo.
El objetivo es reconstruir, con la evidencia disponible, la secuencia de condiciones y mecanismos que pudieron conducir a la falla y evaluar las distintas hipótesis técnicamente plausibles.
Una falla es el resultado visible. La causa requiere investigación.
Éste es uno de los principios fundamentales de la ingeniería forense.
En activos de generación eléctrica, determinar adecuadamente el mecanismo de falla y posteriormente investigar sus factores contribuyentes y causa raíz puede ser relevante para definir estrategias de reparación, evaluar medidas para prevenir recurrencias y aportar elementos técnicos para el análisis de responsabilidades y de un eventual reclamo de seguro.
En el contexto de un siniestro, además, resulta importante mantener separados tres análisis que, aunque relacionados, responden preguntas diferentes:
¿Qué ocurrió? — mecanismo y causa de la falla.
¿Qué resultó dañado? — naturaleza y alcance de los daños.
¿Qué corresponde conforme a la póliza? — análisis bajo sus términos, condiciones, límites y exclusiones aplicables.
Identificar una causa técnica no determina por sí sola la existencia o procedencia de cobertura.
La investigación debe aportar evidencia para sustentar las conclusiones, no partir de una conclusión para después buscar evidencia que la confirme.
Porque cuando un componente falla, la pregunta más importante no es solamente “¿qué se rompió?”, sino “¿por qué ocurrió y qué evidencia permite demostrarlo?”