Aparatos y Maquinas Maquina universal de pruebas mecánicas

Cd. Universitaria a 8 de Febrero de 2018

Aparatos y Maquinas

Maquina universal de pruebas mecánicas [pic 1]

La máquina universal de ensayos ha sido diseñada para la compresión de cómo los cuerpos responden a la acción de cargas o fuerzas aplicadas. Entre los diversos fines para los que se emplean éstas máquinas son: determinar las propiedades de ingeniería y fijar las posibilidades de trabajo de los materiales, efectuar el control de calidad durante los procesos de fabricación, determinar tipos de tratamientos a los aceros para un uso determinado, establecer las causas de fallas en servicio, determinar si unos materiales pueden ser reemplazados por otros, investigar nuevos procesos de fabricación y estudiar nuevos tipos de materiales.

La máquina universal de ensayos realiza tres ensayos fundamentalmente: el ensayo de tracción, mejor conocido como ensayo de ingeniería, el ensayo de compresión y el ensayo de flexión. Consta de dos cabezales móviles, un cilindro hidráulico para aplicar la carga, una celda de carga para medir la fuerza aplicada, un panel de control y un extensómetro para medir la deformación del material ensayado.

 El control de la máquina se puede simplificar en tres sistemas:  

• Sistema eléctrico: consta de un panel de control, equipado con un indicador de carga digital, interruptores para el control del desplazamiento de los cabezales, dispositivo para impresión de la curva de ingeniería.

• Sistema mecánico: consta de dos columnas de acero que conforman el marco de la máquina, un pistón hidráulico de alta capacidad que proporciona la fuerza al cabezal inferior, una celda de carga y un cabezal superior de posición variable.

• Sistema hidráulico: compuesto por depósito de aceite, bomba, motor y electroválvulas.

En el sistema hidráulico se puede encontrar:

Manómetro: indica la presión de suministro de la bomba. De la placa se lee marca: UCC de aguja con glicerina y doble escala. Capacidad máxima: 350 bares.

Electroválvulas: posee cuatro electroválvulas, encargadas del control de la potencia suministrada por la bomba a las diferentes funciones de la máquina, como: desplazamiento de los cabezales superior e inferior, bloqueo por freno hidráulico del cabezal superior y control de la máxima potencia del cabezal inferior. Todas las electroválvulas tienen dos estados: carga o descarga, esto es, permiten el flujo de aceite para cumplir con su función o no lo permiten.

Motor y bomba: El motor de 1.5 Hp, trabaja a 1140 rpm, se alimenta de energía eléctrica (220 Volt) y  suministra energía cinética a la bomba, ésta eleva la presión del aceite del banco hidráulico.

En el sistema mecánico se puede encontrar:

Controlador de la velocidad del cabezal inferior: el cabezal es accionado por una válvula de flujo variable de cuatro vías, y ésta a su vez es controlada por un motor-generador. La velocidad se fijaba en el panel de control. El motor estaba acoplado a la válvula a través de una cadena plástica. Un tornillo de potencia, con una relación 101:1, servía como mecanismo de bloqueo, para que el movimiento del cabezal solo se generase desde el motor-generador. Se comporta como un sistema de lazo cerrado.

Cabezal superior: El desplazamiento del cabezal superior es activado por dos electroválvulas del banco hidráulico, produciendo un desplazamiento a velocidad constante, debido a que se alimenta a presión constante. Este cabezal es sólo de posicionamiento, para variar la distancia entre los cabezales. Posee un sistema de bloqueo hidráulico, el cual debe ser  activado durante la realización de los ensayos, para evitar su desplazamiento.

En el sistema de medición se puede encontrar: [pic 2]

El extensómetro: es del tipo inductivo, registra la deformación del material al comienzo del ensayo, luego se registra la deformación con un sensor del desplazamiento del cabezal.

Celda de carga: Es un dispositivo para medir la carga aplicada. La celda de carga internamente tiene la configuración de un puente de Wheatstone.

Sensor de desplazamiento: La principal limitación es su capacidad de medición, la cual es de 2 mm. La parte mecánica del dispositivo basa su funcionamiento en el principio de palanca para aumentar la precisión del transductor diferencial de variación lineal.

[pic 3]

En el sistema de control se tiene: las tarjetas de acondicionamiento de señal de la celda de carga y LVDT. Los transformadores de alto voltaje y el relé trifásico que activan el motor del banco hidráulico.

MEM-101

El modelo más reciente es  MEM-101 ha sido concebido para cubrir un rango de esfuerzos muy extenso, que alcanza desde los 50 hasta los 300kN. Su versatilidad le permite ser utilizada en la mayoría de los ensayos normalizados en que existan fuerzas totales por debajo de 30 Tm. a velocidades limitadas, tanto en tracción como en compresión. Sus características más importantes son:

 ∙ Clase 1 o mejor según EN-ISO 7500.

∙ Versatilidad de empleo.

∙ Precisión del control y medidas.

∙ Adaptabilidad a las más exigentes opciones exteriores.

∙ Sistema de control por ordenador.

 ∙ Software de control modelo F-102W

∙ Sistema automatizado para la realización de los ensayos y obtención de resultados.

 ∙ Gran facilidad de manejo.

∙ Sistema de servo control digital.[pic 4]

La indicación es digital en ambos casos y se realiza mediante una conversión A/D de muy alta precisión. El movimiento del actuador se controla en lazo cerrado respecto a la variable de control, que puede ser fuerza. La comparación entre la orden o consigna y la respuesta es realizada en forma digital. La gran velocidad de procesamiento se traduce en un control de respuesta muy rápida, válido para cambios bruscos de las variables de control; esto asegura una gran precisión en el seguimiento de la consigna, así como alta estabilidad respecto al tiempo durante un mantenimiento prolongado de la situación en cualquier tipo de control.

Ensayo de tensión

Este ensayo es utilizado para medir la resistencia de un material a una fuerza está aplicada lentamente. Esta prueba consiste en alargar una probeta de ensayo por fuerza de tensión, ejercida gradualmente, con el fin de conocer ciertas propiedades mecánicas de materiales en general: su resistencia, rigidez y ductilidad. [pic 5]

Sabiendo que los resultados del ensayo para un material dado son aplicables a todo tamaño y formas de muestra, se ha establecido una prueba en la cual se aplica una fuerza de tensión sobre una probeta de forma cilíndrica y tamaño normalizado, que se maneja universalmente entre los ingenieros.

El Diagrama Esfuerzo – Deformación es utilizado cuando se lleva a cabo el ensayo de Tensión. Este tipo de graficas se pueden hacer con los datos calculados esfuerzo-deformación ingenieriles, o con los datos correspondientes a esfuerzo – deformación real. De acuerdo a la gráfica:[pic 6]

Sced: Resistencia en el punto de cedencia.

 Srot: Resistencia a la rotura.

Súlt: Resistencia en el punto de esfuerzo último.

Ensayo de compresión

Es un ensayo de materiales utilizado para conocer su comportamiento ante fuerzas o cargas de compresión. Es un ensayo mucho menos empleado que el ensayo de tracción, aplicándose sobre todo en probetas de materiales que van a trabajar a compresión, como el hormigón o la fundición, 

El ensayo se realiza sobre una probeta del material, normalmente de forma cilíndrica, en una máquina universal de ensayos, obteniéndose una curva de tensión aplicada frente a deformación longitudinal unitaria producida, al igual que en el ensayo de tracción.

Y: Límite de fluencia: punto a partir del cual se producen deformaciones plásticas permanentes[pic 7]

U: Límite de resistencia última o límite de rotura: punto en el que se alcanza la tensión máxima de compresión

F: Punto de fractura: punto en el que se produce la rotura de la probeta.

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