Ejemplos de Soluciones de Diseño con Seguridad contra Fallas o Mal Uso.

Una filosofía que caracteriza a menudo estas soluciones es diseñar máquinas con característica de seguridad contra fallas. Ejemplos clásicos de estas soluciones de diseño con seguridad contra fallas son los llamados frenos de emergencia con empleo en los elevadores que transportan personas y vehículos automotores.

Generalmente, los frenos son de los elementos más empleados en soluciones de diseño con seguridad contra fallas, así tenemos el caso de los sistemas de frenos con accionamiento neumático donde la presión del aire comprimido hace que un pistón empuje los discos de frenos o zapatas contra el disco o tambora, y a la vez el sistema neumático tiene que generar la presión para liberar el freno. Si la presión del sistema neumático a presión es insuficiente inmediatamente se forzaría la activación del freno e impediría el movimiento de la máquina (en vehículos automotores también se bloquea el sistema de cambio de marchas hasta que el sistema neumático de mantenga la presión nominal). Este sistema de frenos con accionamiento neumático está muy difundido en los camiones de gran peso por eje y ómnibus de pasajeros.

Otro caso se observa en las soluciones de los frenos y motores eléctricos empleados en los elevadores de carga y personas. En estos elevadores el freno está aplicado siempre que no exista corriente eléctrica para liberar los frenos mediante la fuerza que ejerce un sistema de accionamiento con solenoides sobre muelles mecánicos.

Un caso típico de soluciones de diseño con seguridad contra mal uso se presenta en el control del accionamiento de las lavadoras de ropas que no funcionan (o se detienen mediante un freno de gran capacidad) al tener abierta la puerta de carga o en sistemas alternativos para está máquinas que no permiten abrir las puertas de carga hasta un tiempo prudente después de finalizar el ciclo de lavado.

En ocasiones, las transmisiones por correas permiten protecciones contra sobrecargas en las transmisiones haciendo que la correa "patine"en las poleas en caso de superarse una carga límite por adherencia y proteger de esa forma al resto de la máquina ante una posible rotura catastrófica. Este hecho puede ser explicado al analizar la curva de la característica de la transmisión por correa, un ejemplo puede verse en la Fig. 31, donde se observa que en el sector curvilíneo el trabajo de la transmisión es inestableante un pequeño aumento de la carga (P) y hace que la correa resbale sobre la polea. El sector curvilíneo del coeficiente de deslizamiento elástico en la característica tractiva no es deseable durante el trabajo estable de la transmisión y solo se justifica ese comportamiento para casos en que la transmisión sufre alguna sobrecarga momentánea (zona de trabajo como fusible mecánico).

Figura 31 - Característica de tracción de una transmisión por correa trapecial.

Ejemplos de Soluciones de Diseño con Falla Inminente Detectable

La concepción del peligro manifiesto iv es una herramienta poderosa empleada por los diseñadores de máquinas para prevenir pérdidas catastróficas. Si el peligro se vuelve evidente y manifiesta en la explotación de la máquina, la solución del problema es generalmente simple y las reparaciones se pueden hacer rápidamente. Así, si un sistema se diseña de manera que la falla inminente sea detectable o de forma tal que la falla de un solo componente sea detectable antes de otros componentes fallen a su vez, resulta un diseño más seguro.

Una aplicación clásica de la concepción del peligro manifiesto es en el diseño de los soportes de las zapatas en los frenos de tambora de los vehículos automotores. En soluciones de diseño apropiadas, la zapata (material de
fricción recambiable) se fija sobre una placa de soporte por medio de remaches lo suficientemente largos. El hacer los remaches largos, se le proporciona al conductor del vehículo una indicación audible y táctil cuando el sistema de frenos necesita un recambio de la zapata, pues en esas condiciones el material de fricción se ha desgastado hasta el punto en que el remache hace contacto con el disco o la tambora. En esas condiciones existe una indicación de la necesidad de atender la situación del sistema de freno mucho antes de que el desempeño de la acción del frenado se vea comprometido.

Otro ejemplo de la aplicación de soluciones de diseño que permitan una falla eminente detectable se observa en los diseños de engranajes, donde se emplean coeficiente de seguridad mayores para prever la resistencia a la fractura de los dientes que los coeficientes de seguridad a la resistencia a la picadura o desgaste de los flancos activos de los dientes, de manera que se toma en consideración el carácter catastrófico en el engranaje del fallo por fractura del diente en contraposición con la ocurrencia de la picadura y/o
desgaste de los flancos de los dientes que solo produciría una modificación del perfil de evolvente en los dientes y sería percibido por el explotador con un aumento del ruido y las vibraciones en la transmisión. Esta situación de anomalía por aumento del ruido y las vibraciones evidenciaría un peligro manifiesto que promovería, la solución del problema ante de que ocurra un fallo por rotura de los dientes y su inserción en las partes metálicas del accionamiento.