Máquinas universales de tensión y compresión

Definiremos algunos conceptos usados en laboratorios de ensayos con máquinas universales, tipos de máquinas y su funcionamiento.

¿Qué son las máquinas universales?

Las máquinas universales son aquellas máquinas usadas en laboratorios de ingeniería, para realizar pruebas en materiales de construcción con ensayos de tracción y compresión, de esta forma medir sus propiedades físicas.

Estas máquinas tienen unas placas que accionadas por un sistema hidráulico, pueden realizar sus mediciones con sensores en las mismas, tanto por tracción como compresión según sea el caso requerido.

Se llaman así, porque poseen las especificaciones de cargas universales, o sea que posee las medidas exactas de peso en kg, o las unidades en que venga configurada la máquina universal.

Las máquinas universales, también conocidas como máquinas de ensayos universales o simplemente máquinas de ensayos, son equipos utilizados en diversos campos de la ingeniería, la ciencia de materiales y la industria para probar la resistencia, la dureza, la flexibilidad y otras propiedades mecánicas de materiales y productos.

Estas máquinas cuentan con sistemas de carga y una amplia variedad de accesorios y dispositivos para sujetar y someter a diferentes tipos de pruebas a los materiales, tales como tracción, compresión, flexión, torsión, impacto, entre otras. Asimismo, permiten registrar y medir las variables de interés durante las pruebas, como fuerza, desplazamiento, deformación, velocidad, entre otras.

En los laboratorios de ensayos, se emplean términos y conceptos específicos para describir ciertos aspectos relacionados con las máquinas universales. Algunos de ellos son:

• Carga máxima: Es la máxima fuerza que la máquina puede aplicar a un espécimen sin sufrir daños.
• Velocidad de ensayo: Es la velocidad a la cual se aplica la carga o se realiza el ensayo. Puede ser constante o variable, dependiendo de la normativa o estándar utilizado.
• Deformación: Es el cambio en la forma o dimensiones de un material como resultado de la aplicación de una carga.
• Resolución: Es la mínima variación que la máquina puede detectar y medir en una magnitud determinada, como fuerza o desplazamiento.
• Tasa de carga: Es la velocidad a la cual se aplica la carga durante una prueba de ensayo. Puede ser constante o variable.

Existen distintos tipos de máquinas universales, clasificadas según su principio de funcionamiento y capacidad de carga. Algunos ejemplos son los siguientes:

• Máquinas de ensayos electromecánicas: Utilizan un motor eléctrico y un sistema de husillo o tornillo para generar la carga y aplicarla al espécimen. Son las más comunes en laboratorios y su capacidad de carga varía según el modelo, desde unas pocas toneladas hasta varias centenas de toneladas.
• Máquinas de ensayos hidráulicas: Emplean un sistema de cilindros y bombas hidráulicas para generar y controlar la carga aplicada al espécimen. Suelen ser utilizadas en ensayos de alta capacidad, donde se requiere aplicar fuerzas extremadamente altas, superiores a varias miles de toneladas.
• Máquinas de ensayos neumáticas: Utilizan aire comprimido para generar y controlar la carga aplicada al espécimen. Son empleadas principalmente en ensayos que requieren aplicar fuerzas moderadas y velocidades de carga rápidas.

Todas estas máquinas deben ser calibradas y verificar la precisión de sus mediciones de forma regular, siguiendo las normas y estándares internacionales aplicables. Además, es importante contar con personal capacitado para operar correctamente las máquinas universales y garantizar la confiabilidad de los resultados obtenidos. De esta manera, se asegura que los ensayos realizados cumplan con los requisitos de calidad y seguridad exigidos en cada industria.

Esquema de una máquina universal para ensayos

Esta máquina universal impone una deformación, en donde se desplaza el cabezal a una velocidad que selecciona la persona según lo deseado, una celda que recibe la carga en la mordaza monitoriza la presión, el cual está conectada a un ordenador para generar la curva de carga representada por fuerza versus alargamiento.

Tipos de ensayos que pueden hacer las máquinas universales

La palabra ensayo, significa que son pruebas en el lenguaje de laboratorio, y son utilizadas para llegar a unas conclusiones específicas de algunos materiales de interés, se utilizan muestras a escala que conservan las propiedades del material que deseamos probar.

• Tracción
• Compresión
• Cizalladura
• Flexión
• Desgarramiento
• Ductilidad a la flexión

Propiedades evaluadas por las máquinas universales

• Elasticidad
• Dureza
• Esfuerzo
• Alargamiento

Ensayo de tracción

Es la obtención de información con una máquina universal, en donde se definen comportamientos mecánicos de los materiales.

Esta máquina universal deforma una muestra de material conocida como probeta, aplicando una fuerza de forma uniaxial en sentido del eje de la muestra. Conforme se va generando la fuerza se van registrando los datos, llegando hasta el fracturamiento de la muestra de material, obteniendo como resultado una curva de carga.

El ensayo por tracción tiene especialmente un objetivo, y es el de definir la resistencia elástica, resistencia última y su plasticidad de un material analizado.

Ensayo de compresión

Este es un ensayo para determinar la resistencia de un material ante un esfuerzo a compresión, utilizado generalmente en la ingeniería para hormigones (concreto) y metales, pero su uso va dedicado a casi todos los materiales.

Interpretación de la curva en la gráfica

En la curva realizada manualmente, o por la máquina si es un modelo relativamente nuevo, podemos distinguir las siguientes zonas:

• Zona elástica: Es la región con bajas deformaciones.
• Zona plástica: Es en donde se pierde el comportamiento lineal, pasa de la deformación elástica a la plástica.

Modelos más utilizados en máquina universal de pruebas

• De una sola columna
• Doble columna
• De suelo
• De automatización

Ejemplo de uso de una máquina universal para hacer ensayos

Esta sofisticada máquina es capaz de aplicar cargas mecánicas de tracción, compresión, flexión y corte a diferentes tipos de muestras, como metales, cerámicas, polímeros y materiales compuestos. Gracias a su diseño robusto y preciso, puede medir con precisión la cantidad de fuerza aplicada y registrarla en gráficos y tablas que permiten el análisis de los resultados.

La máquina universal para hacer ensayos se utiliza en una amplia variedad de industrias, como la automotriz, aeroespacial, electrónica, metalúrgica y de materiales de construcción. Con ella, se pueden evaluar las propiedades mecánicas de los materiales, como su resistencia, rigidez, ductilidad, dureza y capacidad de deformación antes de la falla.

Esta máquina también se utiliza para realizar pruebas de calidad en productos manufacturados, como el control de calidad de los productos de acero, la evaluación de la resistencia de los materiales utilizados en la construcción de puentes y edificios, y la investigación de nuevos materiales y técnicas de fabricación.

Referencias que pueden ser de utilidad:

• Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Callister, W.D. Ed. Reverté S.A., Barcelona.
• Mecánica de suelo, Alfonso Rico Rodríguez, 1974.
• Mecánica de suelos y cimentaciones, Crespo Villalaz.
• La ingeniería en suelos en villas terrestres, Alfonso Rico Rodríguez.
• Ingeniería de cimentaciones, Ralph B. Peck.

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