Equipo de ensayos de tracción y compresión

La Universidad Pública de Navarra cuenta con un equipo capaz de realizar ensayos de tracción y compresión (se pueden modificar e intercambiar las mordazas) con una capacidad máxima de carga de 200 kN. Este equipo se muestra en la Figura 3.6 y está conectado a un ordenador con un software que es capaz de almacenar la curva carga-carrera y calcular diferentes parámetros mecánicos.

Figura 3.6. Máquina de tracción y compresión.

3.2.1. Plataformas plano-paralelas para compresión no isoterma

Para realizar los ensayos de compresión no isoterma se han diseñado unas plataformas plano-paralelas que pueden acoplarse a la máquina de ensayos universal mostrada con anterioridad. En la Figura 3.7 se observan estas plataformas y su acoplamiento a la máquina de ensayos universal por medio de dos bulones.

Figura 3.7. Plataformas plano-paralelas para compresión no isoterma.

3.2.2. Plataformas plano-paralelas para compresión isoterma

Para realizar los ensayos de compresión isoterma se han modificado las plataformas plano-paralelas anteriores. Se ha torneado el exterior de las caras planas superiores hasta una profundidad de 13 mm para poder acoplar unas resistencias y una chapa atornillada de acero con el objetivo de presionar las mismas y mejorar el intercambio de calor entre la resistencia y la plataforma.

Figura 3.8. Detalle del papel cerámico.

Debido a que las temperaturas requeridas para los ensayos son bastante elevadas (máximas de 400 ºC), se ha introducido papel cerámico como material aislante en diferentes zonas de las plataformas para disminuir la conducción y convección de calor hacia la máquina. En concreto, se ha colocado papel cerámico en los bulones y en las caras de las plataformas que no están en contacto con la probeta, tal y como se observa en la Figura 3.8. Este papel cerámico tiene 3 mm de espesor y tiene como temperatura máxima de trabajo los 1260 ºC (punto de fusión 1760 ºC). Su coeficiente de conducción térmica depende de la temperatura tal y como se muestra en la Tabla 3.I:

Temperatura de trabajo (ºC) Conductividad (W/(mK))

200 0,06 300 0,07 400 0,09 500 0,11 600 0,13 800 0,20

Tabla 3.I. Coeficiente de conducción del papel cerámico a diferentes temperaturas.

Asimismo, la temperatura de las resistencias se controla mediante un termopar incorporado a cada plataforma empleando un controlador digital PDI como los que se ven en la Figura 3.9. Una vez que se programan las temperaturas de las dos resistencias, comienza un proceso de calentamiento hasta que se alcanza la temperatura objetivo. Es importante señalar, que debido a la convección, la temperatura de la resistencia de la plataforma

Resistencia térmica

Papel cerámico en la plataforma plano-paralela inferior

Papel cerámico en la plataforma plano-paralela superior

superior debe ser menor en unos 25 ºC a la temperatura de la resistencia inferior para lograr la misma temperatura de referencia en ambas plataformas.

Figura 3.9. Controladores digitales PDI de la temperatura de las resistencias.

Para finalizar, también se ha realizado el montaje eléctrico del sistema. El esquema del montaje de los controladores junto con las resistencias y los termopares se puede observar en la Figura 3.10. Se ha tenido en cuenta la puesta a tierra y la instalación de un fusible de seguridad por cada resistencia.

Figura 3.10. Esquema eléctrico del montaje.

3.2.3. Prensa hidráulica

En el proceso de forja de componentes mecánicos es necesario contar con algún equipo capaz de suministrar la fuerza requerida para hacer fluir al material. Entre los diferentes tipos de prensas, la Universidad Pública de Navarra cuenta con una prensa hidráulica capaz de ejercer 3000 kN de fuerza en 250 mm de carrera.

Para poder llevar a cabo los ensayos de forja a temperatura ha sido necesario incorporar a la prensa una serie de resistencias térmicas, termopares y un sistema de refrigeración. Asimismo, se acondicionó la máquina para poder

controlarla desde un ordenador mediante un programa de adquisición de datos y de control como se muestra en la Figura 3.11.

Figura 3.11. Vista completa de la prensa hidráulica.

A continuación se realiza una breve descripción de los elementos introducidos en la modificación de la prensa hidráulica. En cada mesa de trabajo se ha colocado una placa aislante, una portamatriz donde se insertan las resistencias (4000 W en total), un termopar para el control de la temperatura y finalmente las matrices con otro termopar para comprobar la temperatura en la propia matriz.

Debido a que a altas temperaturas y con largos tiempo de trabajo la conducción y la convección del calor elevaban la temperatura de los cilindros superiores, fue necesario colocar una placa de refrigeración con un circuito interno por donde circula agua fría a presión. En la Figura 3.12 se muestran los componentes introducidos en esta modificación.

Figura 3.12. Modificaciones realizadas en la prensa hidráulica.

En la Figura 3.13 se muestran las resistencias y los termopares introducidos en la portamatriz y en la matriz inferior. Cada portamatriz incluye 3

Matriz inferior Placa aislante Placa de refrigeración Matriz superior Porta-matriz Porta-matriz Placa aislante

resistencias (2000 W en conjunto) y un termopar. Para la portamatriz y la matriz superior el montaje es el mismo.

a) Portamatriz inferior. b) Matriz inferior.

Figura 3.13. Resistencias térmicas y termopares.

Figura 3.14. Sistema de refrigeración.

Como se ha comentado anteriormente, para reducir el paso de calor al cilindro de la prensa, en especial a la parte superior del equipo, se han empleado dos placas aislantes y además un sistema de refrigeración en la mesa superior de la prensa como se muestra en la Figura 3.14.