1. Ensayo de dureza (Brinell)

El ensayo de dureza brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra Fig. 1.

El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la superficie del casquete, por lo que

La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la máquina, mientras la carga se mantiene aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla y el material. Otra manera de determinar el número HB es partiendo del diámetro d de la impresión lo cual tiene la ventaja de que se pueden efectuar tantas mediciones como se estimen necesarias y en microscopios o aparatos especialmente diseñados para tal fin. En este caso el valor del diámetro de la impresión resultará del promedio de dos lectura realizadas a 90º entre sí. Considerando que

Partiendo de las ecuaciones anteriores se obtiene una expresión para el número de Brinell en función del diámetro de la huella

En la práctica el número de Brinell se puede tomar directamente de una tabla ingresando con el valor del diámetro de la impronta.

2. Ensayo de fricción, bandas o correas (nylon, cuero, compuesta y en V)

La fricción en correas se caracteriza por su forma especialmente sencilla, marcha silenciosa y una considerable capacidad de absorber elásticamente los choques, lo que le permite trasmitir el movimiento de la polea con la potencia deseada, gracias a la fuerza de razonamiento que surge en el contacto entre la polea y la correa.

Siempre que un objeto se mueve sobre una superficie o en un medio viscoso, hay una resistencia al movimiento debido a la interacción del objeto con sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza de fricción.

La fuerza de fricción se define en función del coeficiente de fricción, el cual es un valor determinado por ensayos de laboratorio que permite caracterizar la superficie de los materiales.

Equipos Y Materiales

Máquina de ensayo de fricción Una correa de cuero. Una correa compuesta. Una correa de nylon. Una correa en v. Dos dinamómetros.

Al comenzar colocamos la correa en la polea y fijamos los dinamómetros a la carga con las que trabajaremos. Giramos la manivela de la polea a una velocidad lo más constante posible y notamos como han sido las variaciones en los dinamómetros y tenemos las tensiones (T1 y T2). Repetimos el procedimiento con los ángulos a trabajar que en este caso Fueron 120º, 135° y 165º.

3. Ensayo de impacto (Charpy)

Este ensayo permite calcular la resistencia que ofrece un cuerpo a la penetración por acción dinámica. El fundamento en este método consiste en someter a una probeta en forma de paralelepípedo a una fuerza de impacto producida por un pesado péndulo que se deja caer a una altura determinada. De este procedimiento se desprende el cálculo de la energía disipada o absorbida, la cual se obtiene a partir de la diferencia de la energía potencial antes y después del impacto, eso debido a que el péndulo al golpear la probeta sigue su trayectoria pero no alcanza la altura inicial a la que estaba antes del impacto, obteniéndose así una disminución de energía.

Otra propiedad importante de los materiales que se evidencia en este ensayo es la ductilidad y fragilidad.

El péndulo de Charpy es un dispositivo utilizado en ensayo para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia. La velocidad que adquiere la masa al golpear la probeta queda determinada por la altura del péndulo. Tras la rotura, la masa continúa su camino hasta llegar a una cierta altura, a partir de la cual se determina la energía absorbida. Así se medirá la energía absorbida por ese golpe. Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. Este comportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, esto obliga a realizar el ensayo con probetas a distinta temperatura, para evaluar la existencia de una "temperatura de transición dúctil-frágil".

4. Ensayo de compresión (cilindros madera)

Un elemento se encuentra trabajando a compresión cuando sobre el actúan dos fuerzas de igual magnitud, que se encuentran en sentido opuesto y misma línea de acción la cual pasa por el eje del momento. Dichas fuerzas producen en el elemento un acortamiento de la longitud en la dirección de la carga, es decir, axial, así como también un aumento de su sección transversal.

Podemos observar en nuestro medio como trabajan los elementos y nos daremos cuenta que el fenómeno de compresión lo presenciamos desde el pilote que sostiene un puente hasta las patas de una silla. Es necesario entonces conocer el comportamiento de los materiales para poder diseñar el elemento y que trabaje adecuadamente sin fallar ante cargas de servicio.

Este ensayo consiste en someter una probeta de madera a fuerzas crecientes que compriman al elemento para conocer sus propiedades, como módulo de elasticidad, relación de Poisson, esfuerzo ultimo de falla.

El fin del ensayo de compresión puede ser determinar las propiedades de un material o el comportamiento de un componente o sistema completo frente a una solicitación externa.

5. Ensayos de tracción metálicos

Todos los elementos cuando están sometidos a fuerzas experimentan una serie de estados de deformación que les permite disipar la energía, pero cuando esa capacidad de absorber energía es inferior a la carga externa se produce la falla. Es importante conocer íntimamente el comportamiento longitudinal y acortamiento en dirección transversal.

Un elemento está sometido a tracción cuando sobre el actúan dos fuerzas de igual magnitud, misma línea de acción (axial), y sentidos opuestos (se aleja una de la otra) produciendo un estiramiento longitudinal y acortamiento en dirección transversal.

Este ensayo consiste en aplicar sobre una probeta metálica fuerzas de tensión crecientes hasta producir la falla, para de esta forma determinar sus propiedades y comportamiento como son resistencia última, módulo de elasticidad, relación de Poisson, límites de deformación, tenacidad y resiliencia.

6. Ensayo de flexión

Flexión ocurre cuando a un elemento que está apoyado en sus extremos se le aplica una fuerza transversal a su eje longitudinal provocando una deformación de dicho eje en una línea curva, lo que se conoce como curva de flexión. También debido a la flexión se generan esfuerzos de compresión a un lado del eje neutro y tracción al otro lado. Además de lo anterior se inducen en el elemento esfuerzos cortantes y momentos flexionantes que varias a lo largo de su longitud.

Son muchos los elementos que vemos trabajando de esa forma en nuestra vida cotidiana. Ejemplos claros son las vigas, las losas de los edificios, una simple banca de un parque, etc.

El ensayo a flexión es un método usado comúnmente para el estudio de materiales frágiles debido a que no presenta los problemas que tienen los ensayos a tracción en lo relacionado con la sujeción de especímenes, sensibilidad a defectos de fabricación. Este ensayo consiste en colocar cargas perpendiculares al eje longitudinal de un elemento prismático, simplemente apoyado, para así

calcular esfuerzos, deflexiones y demás propiedades de los materiales sometidos a tal acto.

7. Ensayo de torsión

La torsión se produce cuando a un elemento cilíndrico se aplican pares de fuerzas (de igual magnitud, sentidos opuestos y línea de acción paralelas), en sus extremos y en el plano de su sección transversal, provocando un giro alrededor de su eje longitudinal y una deformación helicoidal.

Este ensayo es útil para determinar las propiedades de los materiales a esfuerzo cortante usados en la fabricación de piezas de máquinas rotatorias, cigüeñales, arboles de motores, ejes de transmisión, tornillos etc.

El ensayo consiste en someter un cilindro metálico a un par de torsor aplicado en un extremo mientras que el extremo opuesto se encuentra fijo. Por medio de un deformímetro conocer el ángulo torsor y por modelos matemáticos establecidos calcular el momento polar de inercia, esfuerzo torsor y módulo de rigidez a cortante (G).

8. Ensayo de fatiga

Se define que un material trabaja a fatiga cuando soporta cargas que varían cíclicamente con el tiempo. Si en los ensayos estáticos, tracción y fluencia, podía aproximarse que dF/dt = 0, en fatiga dF/dt ≠ 0 en cualquier momento del servicio.

El ensayo de fatiga tiene por objetivo analizar las características resistentes de los materiales cuando trabajan bajo cargas variables.

Método para determinar el comportamiento de los materiales bajo cargas fluctuantes. Se aplican a una probeta una carga media específica (que puede ser cero) y una carga alternante y se registra el número de ciclos requeridos para producir la falla del material (vida a la fatiga). Por lo general, el ensayo se repite con probetas idénticas y varias cargas fluctuantes. Las cargas se pueden aplicar axialmente, en torsión o en flexión. Dependiendo de la amplitud de la carga media y cíclica, el esfuerzo neto de la probeta puede estar en una dirección durante el

ciclo de carga o puede invertir su dirección. Los datos procedentes de los ensayos de fatiga se presentan en un diagrama S-N, que es un gráfico del número de ciclos necesarios para provocar una falla en una probeta contra la amplitud del esfuerzo cíclico desarrollado. El esfuerzo cíclico representado puede ser la amplitud de esfuerzo, el esfuerzo máximo o el esfuerzo mínimo. Cada curva del diagrama representa un esfuerzo medio constante. La mayoría de los ensayos de fatiga se realizan en máquinas de flexión, de vigas rotativas o de tipo vibratorio. El ensayo de fatiga se describe en "Manual on Fatigue Testing", ASTM STP 91-A y "Mechanical Testing of Materials", A.J. Fenner, Philosophical Library, Inc. ASTM D-671 describe un procedimiento estándar del ensayo de fatiga de los plásticos en flexión.

Anexos:

Bibliografía:

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE USO EN INGENIERÍA, José Luis Ahumada Villafañe. 2009.