Revista Con Mantenimiento

Tecnologías para pruebas

Introducción a la termografía aplicada a pruebas de tensión

Alejandro Meza de Luna y Héctor Javier Gutiérrez Arenas


Se denomina prueba de tensión al ensayo que permite conocer las características de un material cuando se somete a esfuerzos de tracción. El objetivo es determinar la resistencia a la rotura y las principales propiedades mecánicas del material que es posible apreciar en el diagrama de carga–deformación; tales propiedades son: límite elástico, punto de fluencia, límite de fluencia, resistencia a la fatiga y punto de fractura.

Los datos obtenidos en el ensayo deben ser suficientes para determinar esas propiedades y otras que se pueden determinar con base en ellas; por ejemplo, la ductilidad se puede obtener a partir del alargamiento y de la reducción de área.
En la mecánica elemental un tema principal es la prueba de materiales por tensión con la aplicación de la máquina universal. Los materiales utilizados en la actualidad no se comportan de manera lineal, lo que produce pérdida de energía. Una obvia forma de manifestación de esto es el calor provocado por la deformación del material, calor producido, precisamente, durante una prueba de tensión.

Una máquina universal es semejante a una prensa con la que es posible someter materiales a ensayos de tensión y compresión para medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o mandíbulas de sujeción, accionadas por tornillos o un sistema hidráulico de potencia. Esta máquina es ampliamente utilizada en la caracterización de nuevos materiales.




Imagen 1 Máquina universal Shimadzu

Para efectuar las pruebas de tensión se hace un ensayo normalizado con, por ejemplo, probetas de tensión, para comparar resultados con otras pruebas previamente realizadas o a llevarse a cabo.
 
 

 Imagen 2 Probeta para una prueba de tensión

 



Imagen 3 Probeta sometida a una prueba destructiva en una máquina universal

Este ensayo permite generar un gráfico denominado de esfuerzo–deformación, el cual podría considerarse como la huella digital del material, por lo tanto puede cambiar de acuerdo con el tipo de material o el proceso que seguido para ser formado.

 



 
Imagen 4 Ejemplo de gráficas de esfuerzo–deformación de una prueba de tensión en una máquina universal

 

La ayuda de la termografía

Para desarrollar un estudio de distribución de calor durante la prueba de tensión se puede usar una cámara termográfica FLIR, para monitorear el calor generado.

 



 
Figura 5 Cámara termográfica FLIR

 

La prueba destructiva de resistencia de material en tensión se efectúo con los siguientes parámetros:

• Velocidad de carga: 3 mm/min.

• Área de la probeta: 67.2 mm².

• Diámetro de la probeta: 9.25 mm.

• Longitud de la probeta: 94.2 mm.

Ya insertados estos datos en la máquina universal, se montó la probeta y se efectuó el protocolo de la puesta a punto. Se gráfico el comportamiento de esfuerzo–deformación unitaria del material y se analizó el comportamiento del calor durante dicha prueba, arrojando los siguientes datos que constatan lo dicho al principio de este artículo: conforme aumenta el esfuerzo en el material también aumenta el calor en la probeta.

Se obtuvieron algunos termogramas durante la prueba, alguna de ellos mostradas a continuación.




Imagen 6 Temperatura de inicio, la cual es igualada con la temperatura ambiente

 

Imagen 7 Temperatura registrada a un esfuerzo aproximado de 15 kg/mm²

 


Imagen 8 Temperatura registrada a un esfuerzo aproximado de 23Kg/mm²



Imagen 9 Temperatura registrada después de la ruptura del material

 

Como se puede apreciar es posible profundizar más sobre el estudio el comportamiento del calor durante una prueba a tensión. El presente artículo no tiene la finalidad de documentar el comportamiento del material, simplemente demostrar que es posible utilizar tecnologías de vanguardia como la termografía infrarroja para el análisis.

 

Bibliografía

• Jennings & Lewis. Fundamentos de termodinámica. Ed. Prentice Hall.

• Faires, Virgil Moring. Termodinámica. Ed. UTHEA.

• Mott, Robert L. Diseño de elementos de máquinas. Ed. Prentice Hall.

• Gere, James. Mecánica de materiales. Ed. Thompson Learning.

• www.termografia.com

• www.termografia.info

• Apuntes para la certificación de termografía infrarroja nivel I.

• Apuntes para la certificación de termografía infrarroja nivel II.

Perfiles:

Alejandro Meza de Luna es ingeniero mecánico egresado del Instituto Tecnológico de Aguascalientes; tiene grado de maestro en ingeniería mecánica por la Universidad de Guanajuato. Es representante del cuerpo académico de mantenimiento predictivo de la Universidad Tecnológica de Aguascalientes. Cuenta con certificaciones internaciones en tecnologías de mantenimiento predictivo. Sus correos electrónicos son: Esta dirección electrónica esta protegida contra spambots. Es necesario activar Javascript para visualizarla y Esta dirección electrónica esta protegida contra spambots. Es necesario activar Javascript para visualizarla .

Héctor Javier Gutiérrez Arenas es ingeniero industrial mecánico egresado del Instituto Tecnológico de Aguascalientes, con especialidad en dirección de operaciones. Cuenta con certificaciones internaciones en tecnologías de mantenimiento predictivo y es miembro del cuerpo académico de mantenimiento predictivo de la Universidad Tecnológica de Aguascalientes. Su correo electrónico es: Esta dirección electrónica esta protegida contra spambots. Es necesario activar Javascript para visualizarla .

Agradecimientos: los autores desean agradecer a todas las personas que de alguna manera contribuyeron en el presente artículo, como la maestra Petra Llamas, el maestro Pablo Medina, los ingenieros Mauro Martínez y Manuel Sánchez, el técnico Arturo Vélez, y los integrantes del cuerpo académico de mantenimiento predictivo de la Universidad Tecnológica de Aguascalientes.