MÁQUINAS Y MECANISMOS

Ing. Iza Iris Chenoweth Chenoweth

MÁQUINAS Y MECANISMOS

Objetivo de la asignatura: El alumno seleccionará elementos de las máquinas y mecanismos, con base en cálculos de diseño y condiciones de operación, para cubrir los requerimientos de reemplazo en maquinaria y procesos industriales

Unidad I: Carga, esfuerzo y deformación.

Objetivo de la unidad: El alumno determinará los esfuerzos y deformaciones existentes en la maquinaria industrial, utilizando los cálculos de: tensión, compresión, torsión y flexión, para su consideración en el plan de mantenimiento.

Unidad I: Carga, esfuerzo y deformación.

Tema I.1: Cargas estáticas y dinámicas

Tema I.2: Esfuerzo y deformación elástica.

Tema I.3: Fenómenos de deformación elástica en mecanismos

Definiciones básicas• Masa: Cantidad de materia que posee un cuerpo.

• Volumen: Magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo. Es una función derivada ya que se halla multiplicando las tres dimensiones.

• Fuerza: Magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas

• Esfuerzo: son magnitudes físicas con unidades de fuerza sobre área.

Principales Ensayos Mecánicos

• Ensayo de tensión

• Ensayo de flexión

• Ensayo de impacto

• Tenacidad a la fractura

• Ensayo de dureza

• Ensayo de fatiga

• Ensayo de fluencia (“creep”)

Prueba de Tensión

• Se denomina al ensayo que permite conocer las características de un material cuando se somete a esfuerzos de tensión o tracción. El objetivo es determinar la resistencia a la rotura y las principales propiedades mecánicas del material que es posible apreciar en el diagrama esfuerzo-deformación

Esfuerzo de Tensión o Compresión• Es la resultante de las tensiones o presiones que

existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada dirección.

• Se denomina tensión mecánica a la fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre una superficie real o imaginaria de un cuerpo, material o medio continuo.

DeformaciónDeformación: Se produce cuando el esfuerzo aplicado a

un material es lo suficientemente grande para que este comience a cambiar su forma o deformarse.

Deformación Elástica: El cuerpo recupera su forma original al retirar el esfuerzo que le provoca la deformación.

Deformación Plástica: Mantienen su deformación después que deje de actuar el esfuerzo. Empieza exactamente donde termina la elasticidad, con esfuerzos que provocan deformación plástica.

Ley de Hooke • Originalmente formulada para casos del estiramiento

longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite elástico. Esta ley recibe su nombre de Robert Hooke, físico británico contemporáneo de isaac Newton.

siendo δ el alargamiento, L la longitud original.

Modulo de Elasticidad o Modulo de Young

• Es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza.

• Tanto el módulo de Young como el límite elástico son distintos para los diversos materiales. El módulo de elasticidad es una constante elástica que, al igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente con base al ensayo de tensión del material.

TAREA

Investigas las siguientes propiedades mecánica de los

materiales

PROPIEDADES MECÁNICA DE LOS MATERIALES

VOLUMÉTRICAS• Dureza• Tenacidad• Resistencia (A la tracción, a la fluencia, a la fatiga)• Ductilidad• Maleabilidad• Fragilidad• Rigidez

DE SUPERFICIE• Resistencia al desgaste• Resistencia a la corrosión

PROPIEDADES MECÁNICA DE LOS MATERIALES

• Dureza: es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar o crear marcas en la superficie mediante micropenetración de una punta (penetrabilidad)

• Tenacidad : es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, por acumulación de dislocaciones.

• Ductilidad: es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material.

• Maleabilidad: es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos al ser labrados por deformación. Se diferencia de aquella en que mientras la ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa. Es una cualidad que se encuentra opuesta a la ductilidad puesto que en la mayoría de los casos no se encuentran ambas cualidades en un mismo material.

• Fragilidad: se define como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas. La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía, a diferencia de la rotura dúctil.

• Rigidez: es la capacidad de un objeto sólido o elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos.

• Resistencia a la tensión: Se refiere a la capacidad de los sólidos deformables para soportar tensiones sin alterar su estructura interna o romperse.

• Resistencia a la Fatiga: se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las cargas estáticas que producirían la rotura.

• Resistencia a la Fluencia o cedencia: también conocido como limite elástico aparente, puede determinarse durante la prueba de tensión, observando el indicador de carga. Después de aumentar continuamente la carga, se observa que cae súbitamente a un valor ligeramente inferior que se mantiene por algún tiempo mientras la probeta sigue alargándose.

• Resistencia al Desgaste: Es la oposición a la degradación física (pérdida o ganancia de material, aparición de grietas, deformación plástica, cambios estructurales como transformación de fase o recristalización, fenómenos de corrosión, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material sólido y uno o varios elementos de contacto

• Resistencia a la Corrosión: se define como la resistencia al deterioro de un material a consecuencia de un ataque químico o electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna.

Coeficiente de Poisson

• El coeficiente de Poisson (denotado mediante la letra griega ν) es una constante elástica que proporciona una medida del estrechamiento de sección de un prisma de material elástico lineal e isótropo cuando se estira longitudinalmente y se adelgaza en las direcciones perpendiculares a la de estiramiento. El nombre de dicho coeficiente se le dio en honor al físico francés Simeon Poisson. Para un material isótropo elástico perfectamente incompresible, este es igual a 0.5. La mayor parte de los materiales prácticos en la ingeniería rondan entre 0.0 y 0.5

Ejercicios