TÍTULO: DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y ENSAYO DE UN BANCO PARA MEDICIÓN DE DEFORMACIONES Y TENSIONES DE LA CARGA AXIAL. Este proyecto se realiza con miras a la construcción de un banco de pruebas que permita obtener una base de datos respecto a la deformación, que permita una comparación con los datos teóricos.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
MARCO TEÓRICO
- CARGA AXIAL
- LEY DE HOOKE .............................. ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO
- DEFORMACIÓN LONGITUDINAL
- GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS
- PUENTE DE WHEASTONE
- TIPOS DE MATERIAL
- EQUIPOS COMERCIALES
La intensidad media de la fuerza distribuida es igual a la fuerza por unidad de área (F/A), y de la capacidad del material para soportar el valor correspondiente a F/A [8], independientemente de que el elemento falle bajo carga o no. Donde 𝐹 es la fuerza interna, 𝐿 es la longitud, 𝐴 es el área de la sección transversal y 𝐸 es el módulo de elasticidad del material.
METODOLOGÍA
NECESIDAD
- Clasificar el problema y elaboración de especificaciones
En la Universidad Pontificia Bolivariana de Bucaramanga no existe un laboratorio para probar la resistencia de los materiales de la silla; que permite la evaluación de tensiones y deformaciones; dependiendo de la carga aplicada; Hasta el momento, estos análisis y prácticas sólo se realizan para determinar las propiedades mecánicas de los materiales, incluyendo dureza, tenacidad, resistencia a la fluencia, módulo de elasticidad, etc.; Por ello se desarrolla un laboratorio de ciencia de materiales que deja de lado la determinación de esfuerzos y deformaciones provocados por diferentes tipos de cargas que pueden actuar sobre un elemento mecánico. Diseñar y construir un banco de pruebas de carga axial de laboratorio didáctico que pueda ser manipulado por los estudiantes y sea de fácil uso. Para utilizar correctamente las ecuaciones de carga axial céntrica, es necesario asegurarse de que la carga aplicada sea céntrica, de lo contrario aparecerían otros tipos de tensiones en la probeta.
Dado que el banco de pruebas es educativo, no debe tener más de 150 centímetros de altura para facilitar el acceso a cualquiera que pueda manipular fácilmente los elementos del banco de pruebas. En la Facultad de Ingeniería Mecánica, en la sección Resistencia de Materiales, no se mantiene un correcto laboratorio de ensayos y el trabajo de campo lo realiza el Laboratorio de Ciencia de Materiales; Por tanto, las mediciones y resultados son imprecisos para la materia abordada, siempre que no se realicen mediciones que permitan determinar las tensiones y deformaciones provocadas por los diferentes tipos de cargas que pueden actuar sobre un elemento mecánico.
ESPECIFICACIONES
- Identificar problemas esenciales
- Establecer estructuras funcionales
Habiendo ya establecido que la estructura mide 1,50 metros, se elige que la probeta de aluminio tenga 1 metro de largo. También se considera que el tamaño del tubo de ensayo es suficiente para un fácil manejo por parte de los estudiantes. Para elegir las dimensiones que mejor se ajusten a las necesidades del problema a resolver, se realizó un análisis de las opciones disponibles comercialmente comparando la carga requerida para provocar una deformación de 1 mm en la muestra obtenida, en base a una unidad de longitud. de 1 metro.
De la tabla 1 se puede observar que de las opciones de materiales y dimensiones disponibles comercialmente para la fabricación de la probeta, es necesario descartar las fabricadas en acero, ya que las cargas requeridas para producir una deformación específica a lograr, es mucho mayor que el disponible en aluminio. Las especificaciones del porcentaje de masa obtenido en la probeta se ven en la Tabla 2, donde se detallan para determinar qué tipo de aluminio se mecanizará.
CONCEPTO
- Desarrollar arreglos preliminares y diseños de forma
- Seleccionar
- Refinar y evaluar por criterios técnicos y económicos
En la búsqueda de elementos que sirvieran en la aplicación de la carga, se encontró que existían rodillos que pesaban 12 kilogramos cada uno, como se ve en la figura 7. Considerando la función y rendimiento que estos pueden ofrecer, se eligió. comprándolos ya que son más económicos y muy prácticos a la hora de utilizarlos en el banco. Se estudiaron dos propuestas para la creación del laboratorio de ensayos de resistencia de materiales: la primera de ellas trataba sobre un modelo de tensión, el estudio demostró que este modelo era más susceptible a fallar y su procesamiento o construcción es más complejo, lo que requería mayor esfuerzo y costo. Además, la medición fue más imprecisa, la carga no generó estabilidad.
El modelo de compresión es más preciso, su elaboración y construcción ahorra esfuerzo, tiempo y costo, permite una medición precisa de la carga que genera estabilidad en los resultados, además de ser un modelo que se puede moldear en el programa SolidWorks, con la facilitación el diseño y su posterior análisis.
ARREGLO PRELIMINAR
- Finalizar detalles
- Completar dibujos y documentos de producción
Vista frontal y lateral del modelo del banco de pruebas de tensión de SolidWorks Fuente: Representación propia de los autores. Para el diseño de los dos prototipos del banco de ensayos de carga axial a compresión y tracción se consideró la misma estructura, pero se cambió la forma de aplicar la carga. Luego de diseñar los dos modelos, se concluyó que el banco de pruebas más estable es el de compresión.
Por estas y otras razones se decidió que la mejor opción es construir el banco de pruebas de compresión. Por lo que se decidió continuar construyendo y probando con el banco de pruebas de compresión, ya que garantiza que el sistema aplica la carga de manera céntrica.
ARREGLO DEFINITIVO
- Finalizar tareas
La empresa Omega ofrece una amplia variedad de contadores en función de las necesidades de sus clientes. En base a toda esta variedad se eligió un medidor que cumplía con los requisitos del proyecto, el cual por razones de economía y cumplimiento de requisitos se optó por el medidor OMEGA KFH-6-120-C1-11L1M2R. La galga extensométrica se eligió en base a los datos proporcionados por la empresa OMEGA que se pueden observar en la Figura 13.
La figura 15 muestra la conexión del puente de Wheatstone junto con la galga extensométrica necesaria para realizar la medida. Como se muestra en la figura y el posicionamiento del medidor vertical para mayor efectividad en los resultados obtenidos.
DOCUMENTACIÓN
Las pruebas se realizaron teniendo en cuenta los datos obtenidos, en cada una de las mediciones se tomó un único promedio; trabajar la fórmula experimental y obtener un valor único que permita comparar los resultados de la prueba teórica.
SOLUCIÓN
PROCESO DE CONSTRUCCIÓN
Con un cortador de plasma se cortó una lámina de acero de 70 centímetros de largo y 25 centímetros de ancho (Figura 24), la cual sirvió de soporte para la instalación y colocación de las pesas para el tubo de ensayo, para lo cual posteriormente se realizaron dos orificios. cm de diámetro, a 5 centímetros del borde de la lámina para que coincida con los tubos guía y sirva de soporte a los mismos. Finalmente se delineó el área central donde se colocan los pesos en el medio y para que la lámina no cree ninguna inclinación o desviación que afecte la medición del calibre y genere algún otro tipo de estrés en la probeta. Para mayor estabilidad, la estructura se cortó en dos tubos de acero cuadrados que se colocaron a 70 centímetros de alto y encima de la estructura a cada lado del ancho de la lámina, los cuales fueron soldados con TIG para tener mayor estabilidad en la misma y no crear ninguna vibración o molestia en tiempo de medición, que se muestra en la siguiente figura. Se soldó un tubo cuadrado, como se muestra en la Fig. 26, para conectar los dos tubos de la parte superior de la estructura y también para soportar los tubos guía de la lámina, los cuales se soldaron para que quedaran sujetos en ese momento. hoja.
Se aplicó pintura negra a toda la estructura para lograr un mejor acabado y evitar la oxidación del acero. El tubo de ensayo se introduce en la guía soldada a la que se fijan los medidores con cola a una distancia de 20 centímetros de cada extremo. Se coloca la lámina sobre el tubo de ensayo, se utiliza un nivel de burbuja para comprobar si está completamente horizontal y luego se colocan pesas en el centro de la placa, lo que permite realizar mediciones sin errores (figura 27).
CALCULOS DE PORCENTAJE ERROR
Para encontrar el valor promedio experimental para la primera recolección de datos, fue necesario encontrar la diferencia en milivoltios entre los datos obtenidos de la muestra sin peso y los datos de la muestra con la hoja. Luego, estos valores diferenciales se obtienen, se suman y se dividen en el valor. Este valor encontrado es experimental, el cual se utilizará como referencia para encontrar el porcentaje de error de la prueba. El área de la sección transversal de la muestra es circular; para encontrar su diámetro exterior e interior se realizaron algunas mediciones las cuales se muestran en la tabla 6.
Si quieres saber el valor de la fuerza aplicada, necesitas la ecuación Fuerza=masa*aceleración, que en nuestro caso es la gravedad. Considerando el valor de deformación de la carga axial, se puede encontrar el valor de deformación nominal;
GUIA BASE DE LABORATORIO
La mayoría de los elementos mecánicos están diseñados para sufrir deformaciones relativamente pequeñas que involucran sólo la parte plana del diagrama tensión-deformación [6,7], es decir, en la región elástica del material; En este rango, la tensión (σ) es directamente proporcional a la deformación unitaria (ε) y puede expresarse mediante la ley de Hooke. En la región elástica la deformación no es permanente, por lo que si se retira la carga, el elemento teóricamente recuperará sus dimensiones iniciales; En la región plástica esto no se cumple y el análisis a realizar para determinar la deformación presente en el elemento es diferente [3]. Todos los análisis realizados en este documento se considerarán en el rango elástico; Esto significa que se cumple la relación de Hooke, que establece que la tensión es igual al módulo de elasticidad multiplicado por la deformación unitaria, siendo estos dos términos propiedades del material del que está fabricado el elemento.
Galga extensométrica y transductor: El galga extensométrica se encarga de obtener la deformación provocada por las cargas. El transductor es responsable de transformar las señales del medidor en valores de voltaje.
RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
