Al diseñar un producto, un ingeniero de diseño debe tener en cuenta el diseño para el ensamblaje, el diseño para la fabricación y, sobre todo, el factor de seguridad. El factor de seguridad es el aspecto más importante del diseño del producto. Cualquier tolerancia en el factor de seguridad puede tener graves consecuencias. Así que en este artículo vamos a hablar de lo que es un factor de seguridad, cuál es la fórmula del factor de seguridad y algunos ejemplos.
¿Qué es el factor de seguridad?
El factor de seguridad es la capacidad estructural de un sistema que determina la capacidad de carga más allá de su carga real. En otras palabras, lo fuerte que es el sistema entonces lo que realmente se requiere se llama Factor de Seguridad (FOS)
El factor de seguridad es crítico para las estructuras y a menudo se denomina como la columna vertebral del sistema. Muestra lo fuerte que es el sistema para soportar una carga extra de lo que realmente se pretende. Esto ayuda al ingeniero a proporcionar un colchón extra de confianza de que el sistema no fallará incluso si hay un poco de sobrecarga.
Para entender el factor de seguridad, vamos a tomar un ejemplo de un puente de carretera. Te habrás dado cuenta de que, a la entrada, suele haber un cartel que muestra la carga máxima que puede soportar el puente en un momento dado. ¿Realmente crees que el puente se derrumbará si tenemos un poco más de carga en el puente?
No, el puente no se derrumbará, pero si la carga extra es muy superior al límite mencionado, entonces hay una alta probabilidad de que el puente se derrumbe. Así que esa carga extra es el límite hasta el cual el puente es seguro. Ese cojín extra es el límite de seguridad
El factor de seguridad se determina mediante la siguiente fórmula
Factor de seguridad = Carga real / Carga de trabajo
Tal vez te guste leer: Tipos de ajuste
¿Por qué es importante el factor de seguridad?
El producto es para el ser humano. Si un producto es seguro, el humano está seguro. Ese es todo el concepto. Si un producto no es seguro, causará un fallo en el producto y tal vez la pérdida de vidas humanas (un ejemplo es un puente de carretera). Así que cada ingeniero se centra en hacer un producto mejor para que pueda salvar el producto, así como salvar vidas humanas.
Tomemos el ejemplo de la cuestión del accidente del Boeing 737 max. Dos aviones se estrellaron en un lapso de 6 meses. Los viajeros no se sentían seguros y dejaron de embarcar en cualquier Boeing 737 Max. Por ello, Boeing perdió todos los pedidos de 737 Max, lo que supuso una gran pérdida financiera para la empresa. Esto también afecta a la confianza de los viajeros en Boeing. Así que sólo porque el 737 max no tenía suficiente colchón de seguridad, Boeing pagó un gran precio por ello.
El factor de la seguridad es ahora un requisito reglamentario para conseguir que su producto sea aprobado para el mercado. La seguridad es ahora una parte integral del diseño del producto. Sin un factor de seguridad adecuado, hay una alta probabilidad de que nunca pueda introducir su producto en el mercado.
Aquí hay una lista probable de razones sobre por qué el factor de seguridad es tan importante.
- Altas probabilidades de que el producto no falle
- Habrá menos posibilidades de lesiones o muertes humanas
- Los productos serán aprobados rápidamente por una agencia reguladora
- Fácil de lanzar un producto al mercado
- Menos problemas de retirada de productos
- El número de llamadas al servicio técnico será menor
- Mayor satisfacción del cliente
Cómo calcular el factor de seguridad: Fórmula del factor de seguridad
El factor de seguridad se puede calcular de diferentes maneras. Pero en última instancia, todos esos métodos comprueban sólo una cosa, la cantidad de carga de seguridad más allá de su carga de trabajo diseñada. Hay una diferencia en las formas en que cada proceso calcula y analiza los datos, pero el resultado es el mismo.
Cuando una pieza o elemento se somete a una carga, se estresa dependiendo del tipo de materiales. Los materiales dúctiles tienden a tener más tensión que los materiales frágiles. La cantidad de tensión en la carga de seguridad se llama tensión de seguridad o tensión de fluencia y la cantidad de tensión en la carga de diseño designada se llama tensión de trabajo. La relación entre esta tensión de seguridad y la tensión de trabajo nos da un factor de seguridad
Factor de seguridad = Tensión de fluencia / Tensión de trabajo
Si el factor de seguridad es 1, entonces significa que la carga de diseño es igual a la carga de seguridad. Así que para un mejor diseño, el factor de seguridad debe ser siempre mayor que 1. Si el factor de seguridad es menor que 1, entonces el producto está en la zona de peligro.
¿Qué es el factor de diseño y el factor de seguridad?
El factor de diseño es básicamente la cantidad de carga que se REQUIERE que soporte una pieza y el factor de seguridad es la cantidad de carga que una pieza podría soportar REALMENTE. Así que el factor de diseño es el requisito mínimo y el factor de seguridad es el límite más allá del cual la pieza fallará. Como mínimo, el factor de seguridad puede ser igual al factor de diseño.
Para explicarlo, tomemos un ejemplo de una pieza que tiene un factor de diseño para soportar una carga de 3 LB. Pero la pieza está realmente diseñada para soportar una carga de 30 LB. Así que, idealmente, la pieza sigue teniendo un factor de diseño de 3, pero en realidad puede soportar hasta 30 LB, que es el factor de seguridad.
El factor de diseño es el requisito mínimo y suele estar establecido por la normativa. Si un ingeniero diseña una pieza con un factor de seguridad excesivo, se denomina «sobreingeniería»
¿Qué es el margen de seguridad?
El margen de seguridad es la medida del exceso de capacidad estructural. Es la carga adicional más allá de la carga de diseño después de la cual la pieza falla. Si el margen de seguridad es 0, el producto fallará cuando alcance su carga de diseño. Si el margen de seguridad es 1, la pieza puede soportar una carga superior a la de diseño. Y si el margen de seguridad es -1, entonces la pieza fallará incluso antes de alcanzar su carga de diseño.
Margen de seguridad = ( Carga de fallo / Carga de diseño )-1 O = Factor de seguridad-1
¿Qué es el factor de reserva?
El factor de reserva se utiliza en los países europeos donde la carga y la tensión se expresan en las mismas unidades. Aquí tienes una fórmula para la tensión de reserva
Tensión de reserva= Tensión de prueba / Carga de prueba= Resistencia última / Carga última
Tal vez te interese leer: Cuál es la diferencia entre MMC y LMC
Determinación del factor de seguridad
Normalmente, los ingenieros de diseño hacen una prueba de carga para comprobar la tensión de seguridad y la tensión de diseño. Para determinar el factor de seguridad necesitamos entender dos términos comunes utilizados en la resistencia de los materiales. Son la tensión de fluencia y la tensión final
Tensión de fluencia
La tensión de fluencia es el límite de tensión después del cual los materiales comienzan a deformarse
Tensión final
La tensión final es el límite de tensión después del cual la pieza falla.
Para calcular el factor de seguridad de los materiales dúctiles necesitamos considerar la tensión de fluencia como la tensión de seguridad y para los materiales frágiles, necesitamos considerar la tensión final como la tensión de seguridad.
Por lo general, para todos los materiales conocidos, los valores de la tensión de fluencia y la tensión última están fácilmente disponibles. Si se utiliza un material de composición, entonces es necesario realizar una prueba de carga para determinar el valor de la tensión de fluencia y la tensión última. Una vez que conozca estos dos valores, puede encontrar el factor de seguridad basado en la carga de diseño.
Tal vez le guste leer: ¿Qué es una máquina CNC? Cuáles son los diferentes tipos de máquinas CNC
Ejemplos de factores de seguridad
A continuación se muestra un factor de seguridad típico de un par de grupos de productos clave. Los valores son aproximados y las industrias pueden seguir un valor diferente basado en la condición de carga.
| Equipos | Factor De Seguridad | ||
|---|---|---|---|
| Caldera | 3.5-6 | ||
| Aviones | 1,5-2 | ||
| Vasos de presión | 3.5-6 | ||
| Componentes de motores | 6-8 | ||
| Ruedas de fundición | 20 | ||
| Ganchos de elevación | 8-9 | ||
| Estructura de puentes | 5-.7 | ||
| Estructura del edificio | 4-6 | Componentes estáticos de la turbina | 6-8 | Componentes giratorios de la turbina | 2-3 |
Inconvenientes de utilizar un factor de seguridad alto
Una de las consideraciones clave que toman muchos ingenieros es que eligen un factor de seguridad alto. Piensan que si se mantiene el factor de seguridad alto, entonces el producto nunca fallará. Por el contrario, un factor de seguridad alto conduce a un desperdicio innecesario de esfuerzo y dinero. El coste del producto se eleva para compensar ese alto factor de seguridad.
Debido a esto, debemos centrarnos siempre en considerar un factor de seguridad que mantenga el coste del producto bajo pero que al mismo tiempo ofrezca un nivel máximo de seguridad. La infraingeniería es peligrosa, pero la sobreingeniería es un desperdicio.
Conclusión
El factor de seguridad es la clave para cualquier ingeniero de diseño. Ayuda a hacer un producto seguro. Todos los ingenieros deberían considerar el factor de seguridad desde el principio del ciclo de vida del diseño. Todos y cada uno de los componentes deben ser evaluados por separado para determinar el factor de seguridad. Y por último, el ingeniero debe evaluar el factor de seguridad de montaje.
Como he dicho antes, no podemos comprometer el factor de seguridad. Porque afecta al producto y a los usuarios que utilizan ese producto. Dicho esto, tampoco debemos hacer un exceso de ingeniería que a la larga aumenta el coste del producto. Tenemos que encontrar un valor óptimo del factor de seguridad para diseñar un gran producto.
Preguntas frecuentes
Qué es el factor de seguridad
El factor de seguridad es la capacidad estructural de un sistema que determina la capacidad de carga de un sistema más allá de su carga real
Cómo calcular el factor de seguridad
Factor de seguridad = Carga real / Carga de trabajo
Cuál es un buen factor de seguridad
Depende del producto y de las condiciones de carga. Como mínimo debe ser 1, no hay límite para el máximo. Consulte la tabla de este artículo para obtener los valores típicos del factor de seguridad de diferentes equipos
Factores de los que depende el factor de seguridad?
Carga real
Carga de trabajo
Tipo de material
Densidad del material
Condición ambiental
0 comentarios