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““IMPACTO”IMPACTO”Tipos de cargas que se presentan en estructuras o en elementos de maquinaría:a) Carga estática.- Es aquella fuerza externa aplicada que permanece invariable y sin

movimiento. Ejemplo de esta carga: el peso.b) Carga aplicada lentamente.- Es aquella que se va aumentando paulatinamente, esto

es, cargas aplicadas a velocidad demasiado bajas. Las cargas axiales de tensión y compresión.

c) Cargas repetidas o rápidamente fluctuantes.- Son fuerzas aplicadas una gran cantidad de veces (muelles de los automóviles, el constante trabajo del cigüeñal de un motor de combustión interna, etc.) El estudio de este tipo de fuerzas corresponde al ensayo de fatiga.

d) Cargas de impacto o súbitamente aplicadas.- Son cargas dinámicas producidas por una masa en movimiento (partes de equipo de perforación por percusión, partes de equipo ferroviario, dispositivos para rieles, partes de motores y transmisiones automotrices, etc.).

El comportamiento de los materiales bajo cargas dinámicas difiere del comportamiento bajo cargas estáticas o lentamente aplicadas, por lo que se deben estudiar desde el punto de vista del fenómeno de impacto.

Teoría.

Cuando un cuerpo a una determinada velocidad golpea a otro, se produce una transferencia de energía, o sea, se produce un trabajo en las partes que reciben el golpe.

La mecánica del impacto abarca los esfuerzos inducidos y toma en cuenta la transferencia, la absorción y la disipación de la energía.

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La energía de un golpe puede absorberse de las siguientes formas:A través de:a) la deformación elástica ó plástica de los miembros o partes de un sistema. b) la fricción de las partes con el aire o entre ellas. c) los efectos de inercia de las partes en movimiento.

Definición del ensayo de impacto. Es una prueba mecánica que a través de una carga dinámica determina la energía necesaria para romper una barra patrón, lo que es un indicio de la tenacidad de un material sometido a cargas de choque.

En la figura siguiente, el punto A (es el LE), el área OAD, representa la zona elástica, y es la energía absorbida por unidad de volumen en esta zona, o sea el "Modulo de Resiliencia".

Donde:= Módulo de Resiliencia.LE = Esfuerzo en el límite elástico. E= Módulo de elasticidad o de Young. = Deformación Unitaria.

ELE2

2

1

LE2

1

El área bajo la curva ABCD, representa la zona plástica, esto es, que si se suprime la carga que origina el alargamiento (en tensión), la pieza o probeta queda deformada permanentemente.

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EL área bajo la curva del diagrama (OABC), representa la tenacidad del material y puede utilizarse como aproximación de la capacidad del material para absorber energía hasta el punto de ruptura.

Tenacidad. Es la energía absorbida por unidad de volumen de material, hasta el punto de ruptura.

Los materiales que poseen un límite elástico alto y una buena ductilidad, tiene una alta tenacidad.

El resultado de la Tenacidad obtenida mediante un ensayo de Tensión difiere del obtenido en el ensaye de impacto para un mismo material. El primero se puede emplear para diseño, y el segundo únicamente se utiliza como comparación de acuerdo a estudios previos en determinadas condiciones de servicio en cuanto a cargas, presión y temperatura.

Los ensayos de impacto más comunes son los de barra ranurada, (barra entallada o con muesca), en los que se determina la energía para producir la ruptura, que servirá para comparación de materiales.

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Finalidad de ranurar la probeta.

En aceros con alto o mediano contenido de carbón, se pueden emplear probetas no ranuradas, ya que son frágiles y se rompen con facilidad. Pero los materiales dúctiles, a temperatura ambiente, no se fracturan bajo cargas de impacto, si no que únicamente se doblan, por lo que, se deben ranurar.

Tipos de ranuras.

Las probetas ranuradas pueden tener una muesca en forma de "V' o de “ojo de cerradura”.

El efecto de la ranura es concentrar esfuerzos en su raíz e introducir patrones de esfuerzos triaxiales que limiten el flujo plástico o incrementen el límite elástico del material, debido a que la mayor parte de la energía de ruptura es absorbida en una sola región de la pieza, originando una fractura quebradiza.

"Sensibilidad de Ranura de los Materiales”.- Es la tendencia de un material dúctil a comportarse como uno quebradizo al romperse en una probeta ranurada.

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Maquinas para el ensaye de impacto.

Consiste de un péndulo de oscilación libre y un yunque para sostener la probeta . La energía se hace variar cambiando la masa del péndulo o modificando la altura de caída, o mediante ambas maneras.

La resistencia al impacto o la energía absorbida por la probeta es la diferencia entre la energía del péndulo en el momento de producirse el impacto y la energía que queda después del impacto.

El péndulo está diseñado de forma que al golpear la probeta en su centro de percusión no existan vibraciones que absorban energía, al igual que el marco y el yunque son rígidos. Una vez rota la probeta, el péndulo impulsa una aguja indicadora, y en una escala calibrada se indica la lectura en Joules (energía absorbida por la probeta).

Ensayos de impacto Charoy e Izad.

El método Charpy emplea el principio del péndulo, generalmente se aplica a probetas ranuradas sometidas a flexión, las cuales se apoyan en el yunque como una viga simple.

Los valores del método Charpy son:

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El método Izod también emplea el principio del péndulo aplicadas a probetas ranuradas, sometido a flexión, apoyadas en el yunque como una viga en voladizo.

Los valores para el método

Izod son:

Aplicaciones de carga para los ensayos de impacto.

Puede ser por flexión, tensión, compresión o torsión. La carga flexionante es la más usada, la carga de tracción es menos común y las cargas de compresión y torsión se usan solamente en casos especiales.

Dispositivos para efectuar el ensayo de impacto.

El impacto se obtiene mediante el uso de una pesa que cae acoplada a un péndulo oscilante o un volante rotatorio.

Efectos de la velocidad de aplicación de la carga.

Los materiales responden de distinta forma a las variaciones de velocidad de aplicación de la carga "Sensibilidad a la velocidad". Ejemplo: El vidrio, queda perforado con un agujero muy bien formado por una bala a alta velocidad, pero se estrella bajo carga concentrada y lenta. La velocidad de aplicación de la carga de impacto no debe exceder los 20 pies/seg (6.096 m/seg).

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CALCULOS.Las expresiones para los cálculos de las energías involucradas en el ensayo de impacto son:

Donde: E1 = Energía inicial o energía en el momento de producirse el Impacto (Joules). E2 = Energía final o energía después del impacto (Joules). E = Tenacidad ó energía absorbida por la probeta durante el impacto (Joules). W = Peso del péndulo (Newton). h1 = Altura inicial ó altura de caída del centro de gravedad del péndulo (m).h2 = Altura final ó altura que alcanza el centro de gravedad del péndulo (m). = Angulo inicial del brazo del péndulo con respecto a la vertical (grados). = Angulo final del brazo del péndulo con respecto a la vertical (grados). R = Radio o brazo del péndulo (m).

Las máquinas de impacto dan la lectura

directamente en una carátula la Tenacidad ó energía absorbida por la probeta al producirse el

impacto.

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Variables del ensayo con probeta ranurada.

En los resultados de un ensayo de impacto con probeta ranurada influye:

1. El tamaño y forma de la probeta. 2. El ángulo y radio de la ranura. 3. La temperatura de prueba.

Aspecto de la fractura.

•Si la fractura tiene una superficie suave y lisa; y tiene un tamaño de grano fino (el acero es dúctil).•Si el aspecto es de grano grueso (el material es frágil, carece de tenacidad.•Frecuentemente se observan dos zonas distintas, una suave y lisa (inicio de la fractura dúctil) y otra con grano grueso (donde se produjo la fractura frágil).

Desarrollo del ensayo.

1. Se mide la temperatura del espécimen.

2. Se selecciona el tipo de ensayo (Charpy o Izod).

3. Se mide la probeta, forma y ranura. 4. Se coloca la probeta en el yunque. 5. Se lleva el péndulo hasta la

posición correspondiente. 6. La aguja se coloca en la división

correspondiente, según el ensayo que se seleccione. (Charpy o Izod).

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DISTINTOS MODELOS DE MAQUINAS