El coeficiente de seguridad en el diseño mecánico

Cuando se desarrolla un proyecto de diseño mecánico es muy importante calcular cuál es su coeficiente de seguridad, pues es fundamental por razones de seguridad y de vida útil del producto, pieza o estructura. Se trata de una variable clave para minimizar los riesgos de una pieza o estructura, evitando pérdidas para las empresas y situaciones de riesgo para las personas. A continuación, hablaremos del coeficiente o factor de seguridad y cómo se realiza su cálculo.

Qué es el coeficiente de seguridad

El coeficiente de seguridad o FOS (factor of safety) en el diseño mecánico, hace referencia a la relación existente entre la carga que puede soportar un elemento y la carga máxima que realmente admite. Se trata de un valor muy importante porque permite evitar problemas como roturas o desperfecto en piezas y estructuras.

Mientras más preciso sea el cálculo del factor de seguridad en un proyecto de diseño mecánico, menor será la posibilidad de que se produzca una rotura.

Cómo determinar el factor de seguridad

Para calcular de forma precisa el coeficiente de seguridad, es necesario tener en cuenta algunos aspectos, como que el material nunca es homogéneo, los posibles escenarios a los que se vea sometido el producto, o el tipo de diseño, entre otros. Veamos, en el factor de seguridad, cuál es la fórmula matemática que debe utilizarse.

Coeficiente de seguridad = Carga última / Carga admisible

• Carga última. La resistencia o última carga.
• Carga admisible. El esfuerzo o carga admisible.

Es importante remarcar que el incremento del factor de seguridad implica que la pieza o estructura es más segura. Además, no hay que olvidar que otros muchos factores inciden en este valor, como los materiales empleados, la calidad y tipos de acoples, la tolerancia térmica, el mantenimiento programado, y factores climáticos (humedad, salitre, corrosión…).

Ejemplo sobre cómo determinar el coeficiente de seguridad

Para entender mejor cómo se determina el factor de seguridad veamos un ejemplo. Imaginemos un material cuyo límite elástico es de 260 MPa. Sometemos a este material a una condición de carga máxima, es decir, que llegue al esfuerzo máximo que admita, 170 MPa. Aplicando la fórmula del coeficiente de seguridad tendríamos:

Factor de seguridad = 260 / 170, por lo que el resultado sería de 1.5 MPa (por arriba de este valor el riesgo de rotura se dispara).

Hay que tener en cuenta que se utiliza como unidad de medida el MPa o megapascal, pues se utiliza de forma habitual en ingeniería estructural para la resistencia de materiales.

Coeficiente de seguridad mayor que uno

El factor de seguridad siempre tiene que ser mayor que uno, es decir, que la resistencia del producto tiene que ser superior a la fuerza o esfuerzo que soporte (carga última > carga admisible), pues de lo contrario estaríamos ante un producto inservible que se rompería en todos los escenarios.

Hemos hablado sobre el coeficiente de seguridad y la gran importancia que tiene determinarlo a la hora de realizar diseños mecánicos o industriales. Este valor sirve para que los profesionales y la empresa puedan garantizar la seguridad y la longevidad de sus piezas y diseños, ofreciendo un producto al cliente final de mayor calidad y con un alto nivel de seguridad.

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