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ENSAYOS MECANICOS - Contenido educativo

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Subido el 15 de noviembre de 2018 por Isabel L.

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de la tecnología. Un aspecto muy científico también, porque es cierto que a los tecnólogos 00:00:01
nos gusta utilizar las cosas, pero claro, para saber qué cosa tenemos que utilizar 00:00:08
en cada momento, previamente hay que hacer medida de ello. Y eso, y medir, pues parece 00:00:14
más propio de la ciencia que de la tecnología. En cualquier caso es cierto que cuando necesitamos 00:00:21
una información y una información muy específica de ciertas propiedades mecánicas de los materiales, 00:00:28
pues hay que acudir a hacer las medidas. Y bueno, pues aquí hay una serie de ensayos 00:00:37
que son típicos, que se hacen muy frecuentemente dentro del mundo de la ciencia de los materiales 00:00:51
y dentro del mundo de los materiales, porque aportan una información básica sobre las 00:00:57
propiedades mecánicas de los materiales, las propiedades mecánicas y siempre, aunque sean 00:01:03
propiedades físicas, las estudiamos en un capítulo aparte, etcétera. Porque está claro que una de las 00:01:11
aplicaciones más importantes de los materiales es su aplicación estructural. El utilizar estos 00:01:20
materiales porque tienen resistencia a los esfuerzos externos y son capaces de conservar 00:01:27
una determinada forma sin llegar a romperse. Desde el punto de vista de las estructuras 00:01:35
no solo interesa que no se rompan sino que tampoco se deformen porque claro si una estructura 00:01:41
está deformada ya deja de tener la forma inicial que nosotros queríamos. Entonces 00:01:46
Los cálculos referentes a las dimensiones y a los tipos de materiales para la realización de las estructuras 00:01:54
son muy importantes dentro del campo de la tecnología y como una de las aplicaciones importantes también de los materiales. 00:02:04
Ya sabemos que los materiales se usan para hacer fuselajes de aviones, para hacer carrocerías de coches 00:02:13
y en general una aplicación importante es la estructural. 00:02:18
Hay otras, pero una, casi el 50% de las aplicaciones de los materiales es dentro del mundo de las estructuras. 00:02:25
Y por eso todo lo que sea la determinación precisa de dichas propiedades es importante en el campo de la ciencia de los materiales. 00:02:32
Evidentemente, podemos tener una idea más o menos cualitativa, pero cuando ya entramos dentro del mundo del diseño y queremos afinar, pues evidentemente necesitamos hacer medidas. 00:02:48
Uno de los ensayos más importantes porque nos ofrece una gran información sobre las características mecánicas de los materiales es el denominado ensayo de tracción. 00:03:05
Todos sabemos que los esfuerzos provocan deformaciones que son elásticas inicialmente, es decir, se recupera la forma cuando se deja de aplicar el esfuerzo, o plásticas. 00:03:18
pero también sabemos que tanto la deformación como el comportamiento depende de varios factores 00:03:32
depende por ejemplo de la cantidad de material a la cual estamos sometiéndole ese esfuerzo 00:03:42
no es lo mismo una chapita fina sometida a 150 kilos que una chapita gruesa sometida a los mismos 150 kilos 00:03:49
Y a la hora de comparar materiales, evidentemente, esto, la geometría del material, el espesor del material, tendrá que ser un factor que tengamos que tener en consideración. Por eso nunca hablamos de fuerzas dentro del campo de la tecnología, sino que hablamos de tensiones, de relaciones fuerza-superficie. 00:03:57
Lo mismo ocurre con las deformaciones. El alargamiento, hablamos de alargamiento, hablamos de deformación como una medida de alargamiento relativo. Y teniéndose en cuenta, tendríamos que también tener en cuenta otra cuestión y es el tipo de esfuerzo. 00:04:18
Tres tipos de esfuerzo principales que son tracción, compresión y cortas dura 00:04:37
Y luego dos momentos que son el de torsión y el de flexión 00:04:45
Evidentemente los materiales y sobre todo hoy en día que hablamos de materiales complejos 00:04:50
No tienen por qué comportarse igual ante todos los esfuerzos 00:04:57
Entonces se escoge el ensayo de tracción y se estudia el comportamiento frente a la tracción 00:05:01
porque de alguna manera luego podemos extenderlo y podemos encontrar relaciones con otros comportamientos como el de torsión o como el de flexión. 00:05:07
Pero evidentemente depende de la necesidad de información, podría ser posible que tengamos que hacer un ensayo específico de flexión o un ensayo específico de torsión 00:05:17
para medir la resistencia de determinados materiales frente a estos esfuerzos específicos. 00:05:33
Aún así, el ensayo de tracción es un ensayo que nos da mucha información 00:05:41
y es un ensayo que se suele hacer muy frecuentemente 00:05:47
porque las máquinas que hay de ensayos mecánicos están diseñadas para hacer este tipo de ensayo. 00:05:51
¿Qué se hace? Pues se coge una probeta que ha sido mecanizada, 00:05:57
hay dos tipos de probeta, principal y cilíndrica, y la otra es la probeta es plana, entonces 00:06:01
se cogen esas probetas, se calibran tanto en diámetro como en longitud, se coge un 00:06:09
diámetro y una longitud específica, y una vez que estas probetas están correctamente 00:06:17
calibradas, se las colocan en una máquina de tracción que tenemos aquí, aquí se ven 00:06:22
las mordazas, se colocan entre las mordazas y se va tirando, se les va sometiendo a una 00:06:30
tracción en la cual la fuerza se va aumentando paulatinamente. 00:06:36
Pues evidentemente a medida que yo voy aumentando la fuerza, el material se va a ir alargando, 00:06:45
va a sobrepasar la zona elástica, va a seguir alargándose y esta vez ya deformándose si 00:06:53
si puede, si es un material tústil y así lo permite, hasta que rompe. 00:07:00
Y entonces nosotros estamos tomando medidas de todo esto y trazamos esta curva, 00:07:07
que es la que se conoce con el nombre de curva tensión-deformación. 00:07:15
O sea, al final, nosotros en nuestra probeta medimos la longitud final, que lógicamente será mayor, 00:07:19
entonces tendremos una medida del alargamiento con respecto al alargamiento inicial, 00:07:26
que eso es la deformación y por otro lado tendremos distintos valores de tensión 00:07:30
esta curva la podemos calibrar de tal manera que el punto máximo lo vamos a conocer 00:07:36
porque nos lo da la máquina y con la forma de las curvas, que todas las curvas tienen la misma forma 00:07:41
pues podemos calibrar el resto, o sea, tenemos la tensión máxima y el proceso, este problema 00:07:48
Entonces, tenemos una zona, que es una zona elástica, en donde hay un límite, que es el límite elástico. 00:07:55
A partir de ese límite, los materiales dejan de comportarse elásticamente, no recuperan sus dimensiones iniciales. 00:08:02
Tenemos una zona viscoelástica, que suele estar asociada, después hablaremos de lo que está asociado a cada una de las partes, 00:08:10
con deslizamientos en los planos cristalinos 00:08:17
y luego ya tenemos la zona en donde la deformación es una deformación permanente 00:08:21
hasta que ya hemos creado una grieta 00:08:27
y lo que hacemos después es gastar un poco de energía 00:08:30
en terminar de romper la probeta 00:08:34
pero la probeta ya realmente está rota en este punto 00:08:39
porque ya hemos creado las grietas y ya se puede decir que hay una grieta nucleada 00:08:41
y lo que hace es progresar y además como tiene forma de entalla el progreso es muy rápido 00:08:46
bueno luego os doy el enlace para que veáis el vídeo del ensayo de tracción 00:08:52
¿qué ocurre internamente en el material? 00:09:05
bueno pues tenemos la primera zona que es la zona elástica 00:09:24
en donde lo que hay es un deslizamiento de los planos cristalinos 00:09:28
y claro llega un momento en que ese deslizamiento pues puede dar lugar a que se formen defectos 00:09:32
Por ejemplo, dislocaciones, que es un defecto típico. Esas dislocaciones pueden moverse a lo largo de la red y pueden también quedarse ancladas. 00:09:39
Entonces, si se anclan las dislocaciones, el material se endurece y ese endurecimiento del material termina creando, nucleando una grieta, una grieta que una vez está nucleada, pues tiene un efecto de entalla y al seguir aplicando un poco de esfuerzo, lo que estamos es gastando energía en romper una entalla que ya ha sido nucleada. 00:09:49
O sea, el punto máximo es la nucleación de esa grieta. Luego, el progreso de esa grieta se hace con mucha menor energía porque se tiene menor superficie. 00:10:12
Esto es la rotura, la típica rotura que tenemos aquí de tipo copa-cono, que es típica de los materiales dúctiles. 00:10:26
La fractura de las probetas de tracción también nos dan información acerca de si se trata de un material más o menos dúctil o más o menos frágil. 00:10:33
Bueno, del ensayo de atracción podemos obtener muchísima información y una información muy útil que nos va a permitir escoger el material más adecuado para una determinada aplicación, pero no es el único. 00:10:42
Otra propiedad muy importante, otra propiedad mecánica muy importante es la dureza. 00:11:03
Claro, la dureza lo que ocurre es que es una propiedad ambigua 00:11:07
Y es una propiedad ambigua porque está claro que 00:11:13
Aunque esté relacionado por ejemplo con la resistencia al desgaste 00:11:16
También la medida de una dureza va a depender de cómo se está trabajando 00:11:20
Materiales muy frágiles está claro que las durezas no se van a poder medir 00:11:26
A través de la profundidad de una huella 00:11:32
Porque no van a permitir hacer esa huella, se rompen antes 00:11:34
Y por eso utilizamos lo que se llama la dureza al rayado. Por ejemplo, en materiales cerámicos, en el vidrio, en minerales. Hay una dureza muy típica del ámbito mineral que es la dureza mos, que va rayando con diferentes minerales. 00:11:38
Pero también podemos tener el rayado de la lima, el rayado de la uña, por ejemplo, para los plásticos, si raya o no raya la uña es un dato importante sobre la dureza del plástico. 00:11:56
Luego tenemos los ensayos típicos de dureza que están más pensados para materiales útiles. 00:12:10
Uno de los más utilizados es el Brinell, que como veis tiene su normativa específica. En él lo que se hace es relacionar la fuerza que se le da a una bola de acero de un determinado tamaño D, relacionamos la fuerza con la superficie de la huella dejada por esa fuerza. 00:12:16
Está claro que esa superficie va a depender de la profundidad de la huella 00:12:41
Porque en definitiva será un casquete esférico 00:12:48
Y matemáticamente podemos sacar una relación entre ambos parámetros 00:12:50
Claro, no todos los parámetros de fuerza, ni todas las bolas son posibles, ni todos los ensayos son posibles 00:12:57
Hay que tener una serie de consideraciones 00:13:06
Generalmente la bola suele ser de unos 10 milímetros de diámetro y hay que tener en cuenta un valor que es una cierta constante K y que va a estar en relación, esa constante nos va a decir qué carga tendremos que utilizar en cada material. 00:13:09
Porque claro, pues si utilizamos mucha carga en un material muy blando 00:13:27
Pues nos va a salir, podemos penetrar casi con la bola 00:13:32
Y podemos incluso llegar a romper el material 00:13:38
Y no es el caso 00:13:41
Entonces tenemos que tener en cuenta 00:13:42
Qué carga vamos a utilizar en cada caso 00:13:44
Y para ello pues existen determinadas tablas 00:13:47
Que nos dicen pues qué cargas son las más utilizadas 00:13:52
Por ejemplo, son 100 kilos, es una carga muy utilizada en brine. 00:13:56
Y otro parámetro también muy importante es el tiempo que va a permanecer la carga dentro del material. 00:14:03
Generalmente, por ejemplo, para ceros puede ser un minuto, más o menos. 00:14:13
Depende también si se trata de un material blando o un material duro. 00:14:19
Otra empresa parecida pero no igual es el ensayo Vickers. En el ensayo Vickers el penetrador es una pirámide de diamante que está tallada de una determinada manera. 00:14:25
Las fuerzas, también hay distintas fuerzas, pero bueno, por ejemplo, se suele indicar que hemos utilizado 00:14:42
Se suele indicar la fuerza y la dureza, el valor de dureza Vickers tiene que indicarnos a través de las fuerzas 00:14:53
Se usa mucho, por ejemplo, los 300 newton, es una dureza muy típica, una dureza Vickers muy típica. 00:15:02
Y por último, es utilizado sobre todo en los departamentos de control de calidad, que es el ensayo Rowell. 00:15:14
El ensayo Rowell también depende del material que vayamos a ensayar, pero combina determinados penetradores y fuerzas. 00:15:23
Hay dos penetradores, dos tipos de penetradores, el de cono de diamante y el de bola de acero. 00:15:34
Y dentro del de bola de acero también tenemos varios tamaños. 00:15:39
Entonces, HR, cuando indicamos el valor de la dureza Rowell, el HR, hay que indicar qué tipo, qué escala de dureza tenemos. 00:15:43
Podemos tener la C, la D, dependiendo de cómo sea esta combinación de penetrador y carga. 00:15:56
En este caso, la dureza Rowell está relacionada con el espesor. Por ejemplo, hay dos durezas típicas, que es la Rowell C, que se hace con el cono de diamante y 150 kilos. 00:16:04
Y la revuelve, que se suele hacer con la bola, y también me parece que son 150 kilos. 00:16:24
Entonces, las escalas de dureza se establecen por determinados valores y dependen del espesor de la dureza. 00:16:34
O sea, hay que tener cuidado de qué tipo de bola utilizamos y demás. 00:16:43
Los 150 00:16:51
Son 100 y 150 00:16:53
Pues eso, kilogramos 00:16:57
Los que se utilizan 00:17:01
Aquí tenéis 00:17:03
Las combinaciones 00:17:04
De tanto de bolas 00:17:08
Como de penetrador 00:17:09
En penetrador tenemos 00:17:12
Distinta escala de dureza 00:17:15
Pasamos así al ensayo 00:17:16
Charpy 00:17:19
El ensayo Charpio de resiliencia, que lo que nos dice, nos da información de la energía que necesitamos para romper una determinada superficie. 00:17:20
O sea, energía por unidad de superficie de rotura, cantidad de energía. 00:17:32
Y para ello se utilizan unas probetas que tienen una entalla que puede ser en U o en V, lo que facilita este ensayo. 00:17:37
En los metales, sobre todo, por ejemplo, se da que esa energía es diferente dependiendo de la temperatura. 00:17:45
Hay una temperatura de tránsito en el que por debajo de esa temperatura el material es frágil y por encima de esa temperatura el material es dúctil. 00:17:55
Los resultados del ensayo Charpy se suelen hacer, se suelen repetir para diferentes temperaturas. 00:18:07
¿Cómo se hace? Pues bueno, se tiene un péndulo que se parte de una determinada altura y se mide la temperatura, se ve la diferencia de alturas desde donde se ha puesto el péndulo y hasta donde llega una vez que ha roto la probeta. 00:18:13
Entonces, esto es energía potencial. Las diferencias de altura están relacionadas con la energía absorbida por la probeta para que se rompa, porque si no hubiese probeta, lógicamente, la altura del péndulo antes y después sería la misma. 00:18:31
Luego la diferencia de altura está relacionada con la cantidad de energía que se necesita para romper esa superficie y por eso se suele medir en julios por milímetro cuadrado o por centímetro cuadrado. 00:18:51
Y se establece para diferentes temperaturas y así se podemos trazar estas curvas para hallar esa temperatura de transición ductil frágil. 00:19:06
Aunque también se tienen otras utilidades, no solamente esta, la criogenia. 00:19:18
Y luego pues ya tenemos ensayos como el ensayo de fatiga. 00:19:25
Sabemos que si yo someto cíclicamente a un material, pues hay un momento en el que la carga de rotura es menor, a partir de un determinado número de ciclos es menor, porque se ha producido la rotura por fatiga. 00:19:28
Luego, por ejemplo, como ya os he dicho, claro, las propiedades van a depender también del tipo de esfuerzo. 00:19:42
Por ejemplo, tenemos ensayos de plegado, ensayos de embutición, ensayos de torsión específicos y referentes a tipos de esfuerzo. 00:19:48
Finalmente, hay un tipo de ensayos que hoy en día está cobrando mucha importancia. 00:20:01
Porque, claro, os podéis imaginar, el mecanizar una probeta, el perder ese material, el gasto que supone tener las máquinas para hacer estos ensayos. 00:20:06
Bueno, pues hay un tipo de ensayos que son los ensayos no destructivos que utilizan las propiedades físicas de los materiales, por ejemplo la conductividad, la permeabilidad magnética, la conductividad y se hace un calibrado con determinados patrones. 00:20:18
Y entonces, a partir de ese calibrado, pues podemos saber esas propiedades sin romper el material, sin desmontarle, por ejemplo. 00:20:40
Entonces, son ensayos muy útiles porque nos dan una información muy fiable y muy económica. 00:20:51
Por ejemplo, también las radiografías, también son otro tipo de ensayos no destructivos. 00:21:02
Entonces, pues muchas veces lo que tenemos que hacer es diseñar qué ensayo tenemos que utilizar en una aplicación específica. 00:21:07
Y eso también formaría parte de los ensayos mecánicos de los materiales. 00:21:17
Espero que os sea útil. Yo creo que con esto ya sabéis algo sobre ensayos mecánicos. 00:21:24
De todas formas, como de costumbre, el aprendizaje se completará realizando los ejercicios específicos y numéricos que van a acompañar a este vídeo. 00:21:33
Hasta la próxima. 00:21:45
Idioma/s:
es
Autor/es:
ISABEL LAFUENTE
Subido por:
Isabel L.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
27
Fecha:
15 de noviembre de 2018 - 21:12
Visibilidad:
Público
Centro:
IES JAIME FERRAN
Duración:
21′ 50″
Relación de aspecto:
4:3 Hasta 2009 fue el estándar utilizado en la televisión PAL; muchas pantallas de ordenador y televisores usan este estándar, erróneamente llamado cuadrado, cuando en la realidad es rectangular o wide.
Resolución:
1440x1080 píxeles
Tamaño:
279.60 MBytes

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