Breve introducci´ on a las pruebas aceleradas y relaci´ on con los estudios TTS Siendo quiz´ a la forma m´ as generalizada del conjunto de pruebas de fiabilidad de materiales,

se entiende como pruebas aceleradas aquellos tests en los cuales se somete a los productos a un sobreesfuerzo para observar su fallo en intervalos de tiempo m´as cortos.

Las pruebas aceleradas que s´olo dan informaci´on del fallo, se conocen com´unmente como “Pruebas de Tortura”, “Pruebas de Elefante”, “Pruebas Cualitativas”, entre otros nombres. Las pruebas de vida acelerada, a diferencia de las pruebas de tortura, est´an dise˜nadas para propor- cionar informaci´on de la fiabilidad del producto, componente o sistema siendo el objetivo de la misma estimar el tiempo hasta el fallo. En este contexto de fiabilidad, el tiempo hasta el fallo, puede presentarse en unidades muy diversas: horas, d´ıas, ciclos, actuaciones, etc.

Una prueba de tortura bien definida es aquella que produce los mismos fallos y en la mis- ma proporci´on que tendr´an lugar en servicio del producto estudiado. Una de las labores m´as importantes en este tipo de an´alisis es el dise˜nar la prueba para que reproduzca fielmente las condiciones a las que el producto se va a ver sometido durante su vida ´util. Ser´a tanto m´as dif´ıcil definir estas condiciones cuanto m´as nuevo sea el dise˜no del producto (que origina a su vez nuevos modos de fallo).

El prop´osito principal del proceso de una prueba acelerada es alcanzar la mejora de la fiabi- lidad tan pronto como sea posible. Ya que no se conoce la naturaleza precisa de las debilidades futuras de un producto, se debe recurrir a la aplicaci´on de un surtido variado de tipos y niveles de esfuerzo. La suposici´on b´asica es que, sometiendo un producto a esfuerzo elevado, provocar´a que los fallos ocurran m´as r´apidamente. Estos fallos ser´an observables durante el procedimiento ex- perimental, pudi´endose establecer relaciones entre tiempo de fallo y nivel y tipo de esfuerzo aplicado. En cierto sentido, las pruebas aceleradas pueden considerarse como una herramienta de productividad. Se induce la aparici´on de un n´umero considerable de fallos que ocurrir´an en intervalos de tiempo significativamente m´as cortos que los intervalos de tiempo bajo condiciones normales de uso. Como ejemplo de lo comentado en el p´arrafo anterior de pruebas aceleradas es aquel en el que, en una reacci´on qu´ımica, su tasa de reacci´on o conversi´on de reactivos a pro- ductos, se incrementa exponencialmente en funci´on de la temperatura. El modelo exponencial que explica esta relaci´on est´a basado en la conocida expresi´on de Arrhenius (Meecker y Escobar,

1998; Turi, 1997).

Las pruebas o tests acelerados se suelen dividir en dos tipos: las llamadas “Pruebas de Vida Acelerada (ALT)”, que son aquellas en las que se obtiene la informaci´on sobre el tiempo de fallo para unidades que fallaron y l´ımites inferiores para el tiempo de fallo de las unidades que no fallaron; y las Pruebas de Degradaci´on Acelerada (ADT), que son aquellas donde se observa el nivel de degradaci´on, para cada una de las unidades, en uno o m´as puntos en el tiempo.

En lo referente a los m´etodos de aceleraci´on aplicados en este tipo de pruebas, existen diferen- tes alternativas para provocar la aceleraci´on de la vida de un material. As´ı, se pueden distinguir los siguientes:

Incremento de tasa de uso del producto. Por ejemplo, sup´ongase una puerta de autom´ovil, que est´a dise˜nada para un tiempo mediano de vida entorno a 20 a˜nos, asumiendo una tasa de uso de 2 veces por d´ıa. Si, en su lugar, se prueba la puerta 365 veces al d´ıa, se puede reducir la mediana del tiempo de vida a alrededor de 40 d´ıas.

Incrementando la tasa de envejecimiento del producto. Por ejemplo, incrementando el nivel de variables experimentales como la temperatura o la humedad, se puede acelerar el proceso qu´ımico que gobierna ciertos mecanismos de fallo, tales como degradaci´on qu´ımica.

Incremento del nivel de esfuerzo. Un caso cl´asico es aumentar el ciclo de temperatura, voltaje o presi´on de un material. Un material cuya caracter´ıstica de calidad dependa de la temperatura, cuanto mayor sea el nivel de temperatura, fallar´a en un intervalo de tiempo m´as corto.

Combinaciones de varios m´etodos de aceleraci´on. Un uso frecuente en pruebas aceleradas es la modificaci´on del nivel de varias variables como son el voltaje o ciclo de temperatu- ra. En tales situaciones, cuando el efecto de una variable aceleradora es complejo, puede no existir suficiente conocimiento f´ısico para proporcionar un modelo f´ısico param´etrico adecuado para estimar la relaci´on de aceleraci´on.

Entre todos los modelos de aceleraci´on que han sido desarrollados para estimar la relaci´on entre el nivel de las variables aceleradoras y el tiempo de fallo, a continuaci´on se presentan aqu´ellos que han demostrado su utilidad a lo largo del tiempo en m´ultiples aplicaciones, es- tando actualmente incluidos en numerosos est´andares y normas internacionales como la MIL-

STANDARD-217:

• Arrhenius. • Eyring. • Paris.

• Regla de Potencia Inversa para Voltaje. • Modelo exponencial de Voltaje.

• Modelos de Dos: Temperatura/Voltaje o Temperatura/Humedad. • Modelo de Electromigraci´on (Temperatura y Densidad).

• Modelos de tres esfuerzos (Temperatura, Voltaje y Humedad). • Modelo Coffin-Manson de Crecimiento de Fracturas Mec´anicas. • Modelo Superposici´on Tiempo/Temperatura (Arrhenius, WLF).

En este cap´ıtulo se aborda el problema de la estimaci´on de las propiedades mec´anicas de materiales viscoel´asticos como son los pol´ımeros a partir de la aplicaci´on de modelos de Superpo- sici´on Tiempo/Temperatura, que se pueden enmarcar en el ´ambito de la fiabilidad y las pruebas aceleradas. El presente estudio aporta una nueva metodolog´ıa estad´ıstica flexible basada en la aplicaci´on de modelos de regresi´on no param´etricos cuyo estudio se ilustrar´a a continuaci´on en los siguientes ep´ıgrafes.

2.2 Modelo estad´ıstico para el principio de Superposici´on Tiempo/Temperatura.