diseño de un equipo para determinar deformaciones radiales

Error de tensión circunferencial teórico y experimental para cilindros de acero galvanizado (cilindros 2, 4 y 5) en función de la presión. Errores en las deformaciones circunferenciales teóricas y experimentales de cilindros de acero galvanizado (cilindros 2, 4 y 5) en función de la presión.

CILINDROS DE PARED DELGADA Y CILINDROS DE PARED GRUESA Para realizar los cálculos de deformaciones, se debe conocer si los cilindros con

Cilindros de paredes gruesas presurizados internamente que muestran tensiones circunferenciales (aro) y radiales para varios radios. En cilindros de paredes delgadas y gruesas siempre se encuentra que una de las fuerzas será igual a cero, y en los gruesos siempre se encuentra que una de las fuerzas será igual a cero, por eso hablamos de condiciones de biaxialidad; La Tabla 1 muestra las tensiones y deformaciones unitarias en términos del módulo de elasticidad ( ) y el índice de Poisson [1].

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN

El estado tensional en el estado elástico de un material se relaciona de forma similar a la deformación en una situación tridimensional. Dado que la tensión y la deformación están relacionadas, es posible determinar la deformación midiendo las deformaciones en condiciones adecuadas. . El análisis de las tensiones medidas requiere la aplicación de la relación entre el estado tensional total y la tensión en una superficie [2].

MEDIDORES DE DEFORMACIÓN POR RESISTENCIA O GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS

Configuración. La sensibilidad de una galga depende de cuatro parámetros importantes que a su vez se dividen en dos, que son el factor de la galga y la
Características

Resistencia eléctrica. Las galgas extensiométricas más comunes suelen tener valores nominales de 120Ω, 350 Ω y 1000 Ω con tolerancias que oscilan
Sensibilidad transversal ST. es cuando se presentan variaciones en la resistencia debido a que la galga se somete a deformaciones transversales;
Influencia de la temperatura. Cuando la temperatura varía durante una medida con galgas, la deformación real puede desviarse de la deformación
Estabilidad. La estabilidad de la galga depende del material con la que sea adherida; puesto que la galga se encuentra expuesta a las condiciones

Ruido e Interferencia. Las variables extrañas que afectan los datos
Variables. Además de la variable medida de interés, puede haber otras variables pertinentes asociadas al proceso medido que afecten el resultado
Calibración. La calibración de estas galgas se realizan mediante un método directo, generalmente es realizado por el fabricante

El desplazamiento del punto cero en la curva de calibración se conoce como error cero, ez, del sistema de medición. Los efectos de las variables externas toman la forma de señales superpuestas a la señal medida, como el ruido y el desplazamiento de la señal [2].

DISEÑO CONCEPTUAL

SISTEMA HIDRÁULICO
CILINDROS
ESTRUCTURA
GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS
SISTEMA AMPLIFICADOR

La estructura fue diseñada originalmente en un material de baja densidad que permitiera el movimiento de todo el sistema; Además, las dimensiones de la estructura estuvieron determinadas por la geometría de los cilindros y el sistema hidráulico a implementar. El diseño de la estructura buscó facilitar la adaptación de los cilindros a las bases del equipo sin afectar el libre movimiento que pudiera darse en cada uno de ellos (ver Figura 9).

DISEÑO BÁSICO 1 SISTEMA HIDRÁULICO

Bomba. La selección de la bomba se hizo después de calcular las pérdidas del sistema y la presión requerida por el mismo, la bomba seleccionada para el

La válvula de seguridad simple o de acción directa consta de una bola o tapón sujeta en su asiento, en el cuerpo de la válvula. Cuando la presión en la entrada es insuficiente para vencer la fuerza del resorte, la válvula permanece cerrada.

Accesorios. Dependiendo del flujo y los acoples necesarios para la unidad hidráulica los accesorios utilizados en el equipo son

Para la presión interna en el cilindro de aluminio fue necesario instalar tapas de acero galvanizado, que permitieran la instalación de accesorios para el sistema hidráulico. Cabe aclarar que cuando se ponen en contacto dos materiales diferentes como el aluminio y el acero galvanizado uno corroe al otro, no se podría adaptar el diseño de otra manera, ya que no se obtuvieron placas de aluminio de espesor suficiente para asegurar la estabilidad. sistema como se hizo con otras tuberías.

ESTRUCTURA

Teniendo en cuenta que se deben ensayar tuberías de diferentes espesores para determinar la deformación radial promedio de un mismo material y diferentes materiales, con el fin de verificar la ecuación de deformación teórica, se realiza el diseño final del equipo, el cual tiene como objetivo estudiar la tensión. mediante las deformaciones de cinco tubos; cuatro cilindros de paredes gruesas y un cilindro de paredes delgadas, tres de los cuales están hechos de acero galvanizado comercial y tienen radios internos aproximados de varios espesores, un tubo de aluminio y finalmente un cilindro de acero inoxidable, que es de paredes delgadas. La disposición del sistema hidráulico se mantuvo en la parte inferior de la estructura, para evitar dimensiones longitudinales muy extensas, los cálculos de la estructura quedan registrados en el proyecto de ejecución.

DISEÑO DETALLADO 1 SISTEMA HIDRÁULICO

CILINDROS

La siguiente tabla especifica los datos de diseño para cada uno de los cilindros. Los cilindros de acero se soldaron en los extremos a placas de 5/16x6x6 pulgadas, a las que se unió un acoplamiento de 3/8 de pulgada. Este cilindro tiene una longitud total de 15.74 pulgadas, pero solo 11.81 pulgadas está libre de restricción ya que parte del mismo está roscado a las tapas de acero y ocupa una longitud de 1.96 pulgadas en cada lado, en la foto 3 se pueden ver las placas soldadas a los cilindros.

ESTRUCTURA

AMPLIFICADOR DE SEÑAL

Para igualar la resistencia del puente de Wheatstone, se colocan resistencias variables en paralelo para ajustar el desequilibrio del puente. Las dos ramas inferiores del puente de Wheatstone son voltaje y temperatura y la superior es una resistencia de 350 ohmios. A su vez, la resistencia nominal de los medidores seleccionados tiene un valor de 350Ω, por lo tanto este valor se utiliza para la selección de las resistencias que forman parte del circuito de equilibrio del puente de Wheatstone.

PRUEBAS Y CÁLCULOS

PRUEBAS

Procedimiento de realización de pruebas. El procedimiento que se llevó a cabo para la realización de las pruebas en el equipo se dividió en tres etapas; la

Etapa 1 del procedimiento de realización de pruebas. En esta etapa se realiza una inspección al equipo antes de ponerlo en funcionamiento, teniendo en
Etapa 2 del procedimiento de realización de pruebas. En esta etapa mientras el sistema hidráulico presuriza el cilindro, se conecta la instalación del
Etapa 3 del procedimiento de realización de pruebas. La Calibración del amplificador después de realizar las respectivas conexiones

Se realiza una purga en las mangueras y cilindro, dejando las válvulas de mariposa abiertas (ver foto 9) y el limitador de presión se cierra completamente mientras el aire sale de la tubería cuando se completa este proceso. Posteriormente se conectan los terminales del extensímetro al amplificador mediante conectores bicolores para distinguir entre el extensímetro (rojo) y el otro que compensa la temperatura (azul) (ver foto 10). Luego se conecta un terminal al común y al voltaje del multímetro, el otro extremo de la conexión se conecta a la salida del amplificador a través de un conector, para obtener la señal captada por las galgas extensométricas es necesario observar el medidor de compensación a la temperatura (cable azul) y conectar el otro extremo del cable al amplificador en la caja de temperatura, para el medidor fijo que capta señales tangenciales y longitudinales (cable rojo) se conecta a una baquelita que tiene dos entradas por , que se conecta mediante un sistema de ajuste con tornillos (ver foto 11), el otro extremo del cable se conecta a la caja de deformación del amplificador mediante un enchufe.

CÁLCULOS

Determinación de la relación entre radio interno y espesor para cada cilindro
Determinación de los esfuerzos principales para cilindros de pared delgada. Los datos teóricos y experimentales del cilindro de Acero Inoxidable
Determinación de las deformaciones unitarias en cilindros de pared delgada. En este análisis se tiene en cuenta que las deformaciones
Determinación de los esfuerzos principales en cilindros de pared gruesa. Los datos teóricos y experimentales de los cilindros de Acero Galvanizado
Determinación de la deformación unitaria longitudinal total teórica ( ε ZTT ). La deformación unitaria longitudinal total teórica es la suma del aporte

Resultados de las tensiones teóricas y unitarias y deformaciones teóricas y experimentales del cilindro de acero galvanizado (cilindro 2). Resultados de las tensiones teóricas y unitarias y deformaciones teóricas y experimentales del cilindro de acero galvanizado (cilindro 4). Resultados de las tensiones teóricas y unitarias y deformaciones teóricas y experimentales del cilindro de acero galvanizado (cilindro 5).

ANALISIS DE RESULTADOS

Determinación del porcentaje de error en las deformaciones tangencial y longitudinal sin tener en cuenta la deformación por

Determinación del porcentaje de error en las deformaciones longitudinales totales En estos cálculos se tiene en cucenta la
Determinación del porcentaje de error en la deformación radial. Se calcula el porcentaje de error en función de las deformaciones teóricas y

Análisis de los esfuerzos y las deformaciones unitarias a partir de graficas en función de la presión interna del cilindro. Se analiza algunos

Porcentaje de error de los esfuerzos teóricos y experimentales de Acero Inoxidable en función de la presión. BELTRÁN Paola – FAJARDO

Deformación unitaria circunferencial teórica y experimental

El gráfico 3 muestra que el equipo construido tiene mayor precisión para medir deformaciones unitarias tangenciales que longitudinales en cilindros de paredes delgadas; Sin embargo, también se ve que las dos curvas tienen la misma tendencia a reducir el porcentaje de error entre los valores teóricos y experimentales a medida que aumenta la presión interna del cilindro. El gráfico 4 muestra que la deformación circunferencial experimental se acerca más a la real a medida que aumenta la presión interna; indicando que el desplazamiento circunferencial del cilindro de paredes delgadas casi no se ve afectado por el tipo de soporte utilizado para adaptar el sistema a la estructura metálica. Los gráficos y 10 representan el comportamiento de los errores porcentuales de las tensiones y deformaciones circunferenciales teóricas y experimentales, la influencia de la temperatura sobre la deformación unitaria longitudinal, el error porcentual de las deformaciones unitarias y la comparación de las deformaciones teóricas y unitarias. respectivamente cilindro de acero galvanizado.

Error de deformaciones circunferenciales y longitudinales sin temperatura de cilindros de acero galvanizado (cilindros 2,4 y 5) v.

Error entre deformación radial teórica y experimental

Análisis gráfico de esfuerzos y deformaciones Teóricas y experimentales en cilindros de Aluminio. En las gráficas anteriores se

Error de esfuerzos circunferenciales del cilindro de Aluminio (cilindros 3) en función de la presión. BELTRÁN Paola – FAJARDO Paola

Deformación unitaria circunferencial teórica y experimental

Objetivo General: Comprobar las ecuaciones teóricas de los esfuerzos tangencial y longitudinal en cilindros de pared delgada sometidos a presión

Objetivos Específicos

ABREVIATURAS

Marco teórico. Para realizar los cálculos de deformaciones, se debe conocer si los cilindros con los cuáles se ésta trabajando son de pared

El tipo de sensor elegido para medir las deformaciones es biaxial. Estos medidores pueden medir deformaciones en dos direcciones: en dirección longitudinal y en dirección circunferencial. Además, se encuentra disponible otro sensor que permite compensar el error causado por variables extrañas presentes en el sistema, como por ejemplo que el equipo esté al aire libre, la variable extraña que lo afectará será la temperatura ambiente, ya que afectará los cambios en los valores de distorsión. obtenido a través del medidor. El extensímetro debe conectarse a un circuito eléctrico que pueda medir cambios en la resistencia. El sistema amplificador se utiliza para medir los elementos conectados eléctricamente que conforman el puente y la salida se da visualizando un voltaje a través de un multímetro. Dado que los parámetros obtenidos de la salida son muy pequeños, expresados en microvoltios, es necesaria una amplificación de la señal para facilitar su observación, ya que el rango más pequeño del multímetro está en milivoltios.

Cálculos. En esta práctica de laboratorio se realizarán los siguientes cálculos utilizando las ecuaciones de esfuerzos principales y deformaciones

Conclusiones

Recomendaciones

Formato de tabla de datos y de resultados

La deformación teórica de la unidad longitudinal está fuertemente influenciada por los cambios de temperatura que experimenta el fluido hidráulico del sistema utilizado para aumentar la presión interna en el cilindro; Esta influencia es más pronunciada a bajas presiones en las pruebas realizadas porque no existe un sensor de temperatura con buena resolución (0,1°). Los dispositivos construidos permiten una mejor predicción de las tensiones a las que está sometido un cilindro de pared delgada; Las tasas de error de los cilindros de paredes gruesas son bastante altas, por lo que es necesario modificar la posición de las galgas extensométricas en relación con la ubicación de la lámina de soporte para permitir el libre movimiento del cilindro en todas las direcciones. Es muy difícil determinar directamente el comportamiento de las deformaciones radiales en cilindros de paredes gruesas, porque es difícil colocar una galga extensométrica en esta dirección; Debido a esta limitación, los datos de deformación radial se calculan indirectamente utilizando la unidad de tensión circular.

Teóricamente no se han encontrado fórmulas que permitan incluir la influencia de la variación de temperatura sobre la deformación unitaria circunferencial y radial, por lo que esto podría ser una posible fuente de error en los datos teóricos calculados en cilindros de paredes gruesas. Colocar varios metros a lo largo del cilindro para comprobar la influencia de la fuerza provocada por las placas soldadas al cilindro sobre las deformaciones tangenciales.