trabajo de investigación ed y end
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Ingeniería Electromecánica.
Tecnología de Materiales LEM-980.
Trabajo de Investigación: ED y END.
Alumno: Erson Cruz Luna.
Profesor: Ing. Mildred Sánchez
26/04/2014.
I cuatrimestre 2014.
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Índice.
Ensayos No Destructivos (END). ............................................................................ 3
Pruebas no destructivas superficiales. ................................................................ 3
Inspección Visual (VT). .................................................................................... 3
Líquidos Penetrantes (PT). .............................................................................. 4
Partículas Magnéticas (MT). ............................................................................ 4
Electromagnetismo (ET). .................................................................................. 5
Termografía Industrial (PI). .............................................................................. 6
Pruebas no destructivas volumétricas ................................................................. 6
Radiografía Industrial (RT). .............................................................................. 6
Ultrasonido Industrial. (UT). ............................................................................. 7
Emisión Acústica (AE). ..................................................................................... 7
Pruebas no destructivas de hermeticidad. ........................................................... 8
Pruebas de Fuga (PF). ..................................................................................... 8
Pruebas por Cambios de Presión. ................................................................... 9
Prueba de Burbuja. .......................................................................................... 9
Ensayos Destructivos (ED)...................................................................................... 9
Ensayo de Tracción. .......................................................................................... 10
Ensayo de Compresión...................................................................................... 11
Ensayo de Corte. ............................................................................................... 12
Ensayo de Flexión. ............................................................................................ 13
Ensayo de Torsión Mecánica. ............................................................................ 14
Ensayo de Resiliencia. ...................................................................................... 15
Ensayo de Fatiga. .............................................................................................. 16
Ensayos de fatiga de amplitud constante. ...................................................... 16
Ensayo de fatiga de amplitud variable............................................................ 17
Bibliografía. ........................................................................................................... 18
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Ensayos No Destructivos (END).
Los ensayos no destructivos o pruebas no destructivas (PND), se definen como
aquellos ensayos basados en fenómenos físicos, cuyo objetivo es obtener
información sobre los defectos o estado de un material, sin provocar daños
químicos, mecánicos o dimensionales al propio material.
En general los ensayos no destructivos proveen datos menos exactos acerca del
estado de la variable a medir que los ensayos destructivos. Sin embargo, suelen
ser más baratos para el propietario de la pieza a examinar, ya que, no implican la
destrucción de la misma. En ocasiones los ensayos no destructivos buscan
únicamente verificar la homogeneidad y continuidad del material analizado, por lo
que se complementan con los datos provenientes de los ensayos destructivos.
Los ensayos son realizados bajo procedimientos escritos, que atienden a los
requisitos de las principales normas o códigos de fabricación, tales como el ASME,
ASTM, API y el AWS entre otros.
La clasificación de las pruebas no destructivas se basa en la posición en donde se
localizan las discontinuidades que pueden ser detectadas, por lo que se clasifican
en:
Pruebas no destructivas superficiales.
Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los
materiales inspeccionados. Los métodos de PND superficiales son:
VT – Inspección Visual
PT – Líquidos Penetrantes
MT – Partículas Magnéticas
ET – Electromagnetismo
En el caso de utilizar VT y PT se tiene la limitante para detectar únicamente
discontinuidades superficiales (abiertas a la superficie); y con MT y ET se tiene la
posibilidad de detectar tanto discontinuidades superficiales como sub-superficiales
(las que se encuentran debajo de la superficie pero muy cercanas a ella).
Inspección Visual (VT).
Se basa en la utilización de luz visible como campo de energía y en las leyes
fundamentales de la óptica.
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Técnicas:
Observación directa: A ojo desnudo o con la ayuda de instrumental auxiliar; se
complementa con técnicas de registro.
Transmisión de imágenes: La imagen de la pieza se obtiene de sistemas de
cámara de video y filmación.
Técnica de réplicas: Se obtiene la reproducción exacta de la superficie mediante el
uso de lacas, barnices, polímeros, etc.
Líquidos Penetrantes (PT).
El procedimiento consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la
superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera
existir debido al fenómeno de capilaridad Después de un determinado tiempo se
elimina el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que
ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el
contorno de éstas.
Partículas Magnéticas (MT).
El método de partículas magnéticas consiste en la detección de campos fugas, o
sea los flujos dispersos, provocados por la formación de campos magnéticos a
ambos lados de aquellas discontinuidades que interrumpen el camino de las líneas
de fuerza. Más específicamente, el proceso consiste en someter a la pieza o parte
de esta a un campo magnético. Acto seguido, en la región magnetizada de la
pieza, las discontinuidades existentes acusaran un campo de flujo magnético.
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Procedimiento: Con la aplicación de partículas ferromagnéticas, ocurrirá una
aglomeración de estas en los campos de fuga, una vez que son atraídas debido al
surgimiento de polos magnéticos, la aglomeración indicará un contorno del campo
de fuga, de esta manera la visualización de la discontinuidad se aclara en formato
y extensión.
Electromagnetismo (ET).
Las pruebas electromagnéticas se basan en la medición o caracterización de uno
o más campos magnéticos generados eléctricamente e inducidos en el material de
prueba. Distintas condiciones, tales como discontinuidades o diferencias en
conductividad eléctrica pueden ser las causantes de la distorsión o modificación
del campo magnético inducido
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Termografía Industrial (PI).
La termografía es una técnica que permite medir temperaturas a distancia, con
exactitud y sin necesidad de contacto físico con el objeto a estudiar. La
termografía permite captar la radiación infrarroja del espectro electromagnético,
utilizando cámaras termográficas o determovisión. Conociendo los datos de las
condiciones del entorno (humedad y temperatura del aire, distancia a objeto
termografiado, temperatura reflejada, radiación incidente,...) y de las
características de las superficies termografiadas (emisividad) se puede convertir la
energía radiada detectada por la cámara termográfica en valores de temperaturas.
Pruebas no destructivas volumétricas
Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna de los
materiales inspeccionados. Los métodos de PND volumétricos son:
RT – Radiografía Industrial
UT – Ultrasonido Industrial
AE – Emisión Acústica
Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y sub-
superficiales, así como bajo ciertas condiciones, la detección de discontinuidades
superficiales.
Radiografía Industrial (RT).
El método consiste en colocar películas radiográficas en los materiales a
inspeccionar haciendo pasar a través de ellos algún tipo de radiación. Si existen
defectos, estos serán detectados en las películas radiográficas una vez sean
reveladas.
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Ultrasonido Industrial. (UT).
El método de Ultrasonido se basa en la generación, propagación y detección de
ondas elásticas (sonido) a través de los materiales. El sonido o las vibraciones, en
forma de ondas elásticas, se propaga a través del material hasta que pierde por
completo su intensidad ó hasta que topa con una interface, es decir algún otro
material tal como el aire o el agua y, como consecuencia, las ondas pueden sufrir
reflexión, refracción, distorsión, etc. Lo cual puede traducirse en un cambio de
intensidad, dirección y ángulo de propagación de las ondas originales.
Emisión Acústica (AE).
Este método detecta cambios internos en los materiales o dicho de otra manera,
detecta micro-movimientos que ocurren en los materiales cuando por ejemplo:
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existe un cambio micro-estructural, tal como lo son las transformaciones de fase
en los metales, el crecimiento de grietas, la fractura de los frágiles productos de
corrosión, cedencia, deformación plástica, etc. La detección de estos mecanismos
mediante EA, se basa en el hecho de que cuando ocurren, parte de la energía que
liberan es transmitida hacia el exterior del material en forma de ondas elásticas
(sonido), es decir, emiten sonido (emisión acústica). La detección de estas ondas
elásticas se realiza mediante el uso de sensores piezo-eléctricos, los cuales son
instalados en la superficie del material. Los sensores, al igual que en el método de
ultrasonido, convierten las ondas elásticas en pulsos eléctricos y los envía hacia
un sistema de adquisición de datos, en el cual se realiza el análisis de los mismos.
Pruebas no destructivas de hermeticidad.
Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser contenidos
los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de
control. Los métodos de PND de hermeticidad son:
Pruebas de Fuga
Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática).
Pruebas de Burbuja
Pruebas de Fuga (PF).
Las pruebas de detección de fugas son un tipo de prueba no destructiva que se
utiliza en sistemas o componentes presurizados o que trabajan en vacío, para la
detección, localización de fugas y la medición del fluido que escapa por éstas. Las
fugas son orificios que pueden presentarse en forma de grietas, fisuras,
hendiduras, etc., donde puede recluirse o escaparse algún fluido.
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Las pruebas de fuga comúnmente utilizadas se basan en uno o más de los
siguientes principios:
o Ultrasonido.
o Por Burbuja.
o Líquidos Penetrantes.
o Medición de Presión.
Entre otros, la selección del método a utilizar generalmente se basa en el tipo de
fuga a detectar, el tipo de servicio del componente en cuestión y el costo de la
prueba. En cualquier caso es necesario, al igual que en otros métodos de pruebas
no destructivas, que el personal que las realice este calificado en la aplicación de
las mismas.
Pruebas por Cambios de Presión.
Este tipo de prueba se utiliza para determinar si existen flujos de fuga, determinar
si existen condiciones peligrosas y para detectar componentes y equipo
defectuoso. Se puede obtener una indicación de fuga relativamente exacta al
conocer el volumen y presión del sistema y los cambios de presión respecto al
tiempo que provoca la fuga.
Algunas ventajas de este método son que se puede medir el flujo total de la fuga
independientemente del tamaño del sistema y que no es necesario utilizar fluidos
trazadores.
Prueba de Burbuja.
Este ensayo se basa en el principio de generación o liberación de aire o gas de un
contenedor, cuando este se encuentra sumergido en un líquido. Se emplean
frecuentemente en instrumentos presurizados, tuberías de proceso y recipientes.
Es una prueba más bien cualitativa que cuantitativo, ya que es difícil determinar el
volumen de la fuga.
Ensayos Destructivos (ED).
Los ensayos destructivos se definen como aquellos ensayos que se realizan a un
material mediante el uso de herramientas o máquinas las cuales producen una
alteración irreversible de su composición química, mecánica o de su geometría
dimensional.
Entre los ensayos destructivos más comunes se encuentran los siguientes:
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Ensayo de Tracción.
Un cuerpo se encuentra sometido a tracción simple cuando sobre sus secciones
transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo
de tender a producir su alargamiento.
Por las condiciones de ensayo, el de tracción estática es el que mejor determina
las propiedades mecánicas de los metales, o sea aquella que definen sus
características de resistencia y deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado
simple de tensión, el límite de elasticidad o el que lo reemplace prácticamente, la
carga máxima y la consiguiente resistencia estática, en base a cuyos valores se
fijan los de las tensiones admisibles o de proyecto y mediante el empleo de
medios empíricos se puede conocer, el comportamiento del material sometidos a
otro tipo de solicitaciones (fatiga, dureza, etc.).
Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a
medida que aumenta la carga, se estudia esta en relación con las deformaciones
que produce.
Las probetas para los ensayos de tracción pueden ser: industriales o calibradas;
estas últimas, se emplean en experiencias más rigurosas y adoptan formas
perfectamente cilíndricas o prismáticas, con extremos ensanchados, no solo para
facilitar su sujeción en la máquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro
del largo calibrado de menor sección; en la cual se marcan los denominados
“Puntos fijos de referencia” a una distancia inicial preestablecida, que permitirá
después de la fractura, juntando los trozos, determinar la longitud final entre ellos
Gráfica de Esfuerzo vrs Deformación.
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Esquema donde se aprecia la deformación conforme de la probeta en las distintas
partes de la gráfica.
Ensayo de Compresión.
Este tipo de ensayos es poco frecuente en los metales y consiste en aplicar a la
probeta, en la dirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a
provocar un acortamiento de la misma y cuyo valor se irá incrementando hasta la
rotura o suspensión del ensayo.
El diagrama obtenido en un ensayo de compresión presenta para los aceros, al
igual que el de tracción un periodo elástico y otro plástico.
En los ensayos de compresión, la forma de la probeta tiene gran influencia, por lo
que todos ellos son de dimensiones normalizadas.
En los gráficos de metales sometidos a compresión, que indica la figura siguiente
obtenidas sobre probetas cilíndricas de una altura doble con respecto al diámetro,
es posible deducir que los materiales frágiles (fundición) rompen prácticamente sin
deformarse, y los dúctiles, en estos materiales el ensayo carece de importancia,
ya que se deforman continuamente hasta la suspensión de la aplicación de la
carga, siendo posible determinar únicamente, a los efectos comparativos, la
tensión al límite de proporcionalidad.
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Grafica de ensayos de tracción en diferentes materiales.
Ensayo de compresión en el material SAE 1015
Ensayo de Corte.
El ensayo de corte tiene poca aplicación práctica, pues no permite deducir de él
algunas de las características mecánicas de importancia del material que se
ensaya; es por ello que rara vez lo solicitan las especificaciones.
El esfuerzo de corte no puede ser obtenido prácticamente como un esfuerzo puro
o simple, pues va generalmente acompañado por otro de flexión, cuyo valor
variará según el procedimiento a seguir pues es indudable que si se considera una
sola cuchilla su importancia decrecerá, aunque también en este caso tendrá una
pequeña influencia en el valor obtenido la dureza del filo y la penetración en cuña
del mismo.
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Sin embargo prácticamente se calcula el esfuerzo de corte como si se tratara de
un esfuerzo simple, aplicando la formula de tensión ya conocida, debido a que
éste predomina tomando valores de tal magnitud que permiten despreciar los
efectos secundarios.
El dispositivo utilizado es el dibujo anterior, dado que la pieza cortante va haciendo
el corte de la probeta en dos secciones por lo que la tensión de corte es :
Ensayo de Flexión.
El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo
pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el
giro de las secciones transversales con respecto a los inmediatos.
Sin embargo y por comodidad para realizar el ensayo de los distintos materiales
bajo la acción de este esfuerzo se emplea generalmente a las mismas
comportándose como vigas simplemente apoyadas, con la carga concentrada en
un punto medio (flexión practica u ordinaria).
En estas condiciones además de producirse el momento de flexión requerido, se
superpone a un esfuerzo cortante, cuya influencia en el cálculo de la resistencia
del material varia con la distancia entre apoyos, debido a que mientras los
momentos flectores aumentan o disminuyen con esta, los esfuerzos cortantes se
mantienen constantes
Es por esta razón que la distancia entre los soportes de la probeta se han
normalizado convenientemente en función de la altura o diámetro de la misma,
pudiendo aceptar entonces que la acción del esfuerzo de corte resulta
prácticamente despreciable. Para ensayos más precisos la aplicación de la carga
se hace por intermedio de dos fuerzas con lo que se logra “flexión pura”.
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Ensayo de flexión en el acero SAE. Antes de iniciar la prueba.
Ensayo de flexión en el acero SAE. Final de la prueba.
Ensayo de Torsión Mecánica.
En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un
momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico,
como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina
sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje
de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos
curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.
El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación
la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:
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1. Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si
estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan"
alrededor de la sección.
2. Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente,
cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular,
aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales
deformadas no sean planas.
Barra de sección no circular sometida a torsión
Ensayo de Resiliencia.
En ingeniería, se llama resiliencia de un material a la energía de deformación por
unidad de volumen que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando
cesa el esfuerzo que causa la deformación. La resiliencia es igual al trabajo
externo realizado para deformar un material hasta su límite elástico.
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Péndulo de Charpy.
Ensayo de Fatiga.
En el estudio de los materiales en servicio, como componentes de órganos de
máquinas o estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitaciones
predominantes a que generalmente están sometidos no resultan estáticas ni cuasi
estáticas, muy por lo contrario en la mayoría de los casos se encuentran afectados
a cambios de tensiones, ya sean de tracción, compresión, flexión o torsión, que se
repiten sistemáticamente y que producen la rotura del material para valores de la
misma considerablemente menores que las calculadas en ensayos estáticos. Este
tipo de rotura que necesariamente se produce en el tiempo, se denomina de fatiga
aunque es común identificarla como roturas por tensiones repetidas, tensiones
que pueden actuar individualmente o combinadas.
En general los ensayos de fatiga se clasifican por el espectro de carga tiempo,
pudiendo presentarse como:
Ensayos de fatiga de amplitud constante.
Los ensayos de amplitud constante evalúan el comportamiento a la fatiga
mediante ciclos predeterminados de carga o deformación, generalmente
senoidales o triangulares, de amplitud y frecuencia constantes. Son de ampliación
en ensayos de bajo como de alto número de ciclos, ponderan la capacidad de
supervivencia o vida a la fatiga por el número de ciclos hasta la rotura (inicio y
propagación de la falla) y la resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión
para un número de ciclos de rotura predeterminado. Es usual denominar como
resistencia a la fatiga a la máxima tensión bajo la cual el material no rompe o
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aquella que corresponde a un número preestablecido de ciclos según los metales
o aleaciones.
A este respecto la norma ASTM define como límite de fatiga a la tensión que
corresponde a un número muy elevado de ciclos.
Ensayo de fatiga de amplitud variable.
En fatiga, cuando la amplitud del ciclo es variable, se evalúa el efecto del daño
acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo. Son
ensayos de alto número de ciclos con control de carga, que según el espectro de
carga elegido serán más o menos representativos de las condiciones de servicio.
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Bibliografía.
Groover, M. P. (1997). Fundamentos de Manufactura Moderna. Ciudad de México:
Prentice Hall.
Jorge Bunge, D. M. (28 de Junio de 2011). Recuperado el 3 de Abril de 2014, de
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