Ensayo de torsión (página 2)

• DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO DE
  TORSIÓN

El ensayo de torsión consiste en aplicar un par
torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir
el ángulo de torsión resultante en el extremo de la
probeta. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento
linealmente elástico del material.

Los resultados del ensayo de torsión resultan
útiles para el cálculo de
elementos de máquina sometidos a torsión tales como
ejes de transmisión, tornillos, resortes de torsión
y cigüeñales.

Las probetas utilizadas en el ensayo son
de sección circular. El esfuerzo cortante producido en la
sección transversal de la probeta (t ) y el ángulo de torsión
(q ) están dados por las
siguientes relaciones:

Figura 19. Angulo de
torsión

;

Donde T: Momento torsor
(N.m)

C: Distancia desde el eje de la probeta hasta el
borde de la sección transversal (m) c =
D/2

: Momento polar de inercia de la sección
transversal (m4)

G: Módulo de rigidez
(N/m2)

L: Longitud de la probeta (m)

• MÁQUINA PARA EL ENSAYO DE
  TORSIÓN

• DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA
  MÁQUINA:

La máquina de torsión, está
destinada a ser usada en los Laboratorios de Ensayo de Materiales, en
las Escuelas de Ingeniería
Industrial, Civil, Eléctrica, Mecánica, etc.

Especificaciones:

Nombre: máquina manual para
pruebas de
torsión

Capacidad: hasta 1,500 kg. –
cm.

Registro de la carga: electrónico con
indicación digital del valor del
par

Voltaje: 115 V

Longitud Máxima de Probeta: 225
mm

Diámetro Máximo de Probeta: 9.525 mm
(ACERO).

Área ocupada en Mesa

De Trabajo: 29
cm. * 85 cm.

Altura Máxima: 40 cm.

Relación del Reductor:
1:60

Capacidad del fusible: 0.75 A

Aceite para el Reductor: SAE-90

La máquina consta de una barra (1), que soporta
todas las partes de la misma. Las patas ajustables (2), permiten
la nivelación de la máquina.

Los mandriles (3, 4) son para fijar las probetas. Del
lado derecho de la máquina, se tiene un reductor de
velocidad, de
tornillo sinfín y rueda helicoidal, en cuya flecha de
salida está montado un mandril (3). La base del reductor,
está fija en la barra (1) y fijarlo, si se desea, en
cualquier punto con la palanca (6) y la cuña
(7).

El transportador (8) mide aproximadamente los
ángulos totales de torsión de la
probeta.

El volante (9) montado en la flecha de entrada del
reductor, permite aplicar el par de torsión.

Del lado izquierdo de la máquina, se tiene el
cabezal con el otro mandril (4) y el sistema
electrónico de registro. Este
sistema de registro, emplea como transductor una celda de carga
(10) unida al mandril (4) mediante un eje (11), montado sobre
baleros (12) para reducir al mínimo la
fricción.

La cubierta (13) contiene también las partes
electrónicas del sistema de registro de la carga. En el
display (14) se puede leer el valor del par aplicado a la probeta
en kg. – cm.

En el lateral derecho, se tiene un interruptor para
encender/apagar la máquina (15). En la parte trasera, el
fusible de protección (16) y la clavija para conectar la
máquina en 115 V. (17).

Finalmente, en el lateral derecho del cabezal, se
encuentra el ajustador a cero del sistema (18).

INSTALACIÓN.

La máquina puede quedar convenientemente
instalada sobre una mesa firme. No requiere anclaje, pero si
conviene tener cerca un contacto de 115 V./60 HZ.

El equipo se suministra sin aceite en el
reductor, por lo que es conveniente ponerle el necesario de
(SAE-90).

ACCESORIOS.

La máquina se complementa con un "TORSIOMETRO"
que permite medir ángulos directamente sobre la
probeta.

OPERACIÓN DE LA
MÁQUINA.

La probeta se coloca entre las mordazas. Se ajusta
primero el mandril del lado del cabezal de medición (4) y luego girando el volante (9)
se alinean el mandril opuesto (3) y se aprieta.

Se hace girar el transportador (8) para ponerlo en la
posición de cero.

Se enciende la maquina unos 15 minutos antes de empezar
a usarla, para permitir que el registrador electrónico
entre en régimen.

Al encender la máquina, se verá iluminada
la pantalla (14). La máquina está lista para
aplicar carga a la probeta, lo cual se hace girando el volante
(9). Hay que tener en cuenta que una vuelta del volante,
corresponde a 6º de torsión de la probeta.

Es conveniente aplicar la carga de incrementos de
torsión de la probeta de 0.2 a 1.0 grados, por cada
incremento, según el material de que se trate.

Sugerencia para incremento de deformación para
distintos materiales:

El par de torsión se transmite a la probeta y de
ésta al sistema electrónico de medición que
muestra en la
pantalla (14) el valor del par de torsión en kg. –
cm.

El ángulo de torsión aproximado para toda
la longitud de la probeta, se puede ver en el transportador
(8).

OPERACIÓN DEL
TORSIÓMETRO

El torsiometro es una figura de precisión para
medir directamente en la probeta, el ángulo de
torsión de la misma.

En la figura 2 se muestra un dibujo
esquemático del torsiometro. Este se monta sobre la
sección cilíndrica de la probeta (1) y primero se
fija la pieza (6) mediante su tornillo (2)

Las piezas (3), (4) y (5), forman un conjunto que se
coloca después de haber situado el separador (7). Este
separador permite tener entre puntas de los tornillos (2) una
distancia de exactamente 50 mm.

La tuerca (3), permite fijar el brazo (4) contra la
pieza (5). El apriete contra el separador. Debe permitir el
deslizamiento de las partes.

La pieza (6) tiene un brazo donde se monta al comparador
(8), cuyo palpador hace contacto con la pieza (4), para medir el
desplazamiento relativo entre las dos secciones de apoyo entre
puntos.

Cuando se tiene fijo el torsiometro en la probeta y esta
se sujeta a esfuerzo, se presenta un giro entre las secciones
coincidentes con los ejes de los tornillos (2) y este giro se
transmite por la pieza (4) hasta el vástago del comparador
que registrara en su carátula una cierta magnitud en
centésimos de milímetros.

(Maquina para el ensayo de
torsión automática)

Bastidor de máquina
resistente a la torsión

Modelo 205

Las maquinas realizan la medida y la valoración
de losa siguientes parámetros:

Fuerza de apriete inicial de la unión
atornillada

1. Par de apriete total
2. Par de aflojado total
3. Par de rozamiento bajo la cabeza del
   tornillo
4. Par de rozamiento de la rosca
5. Ángulo
6. Dilatación

En las máquinas
de ensayo de tornillería, TesT utiliza detectores
especiales patentados de componentes múltiples, modelo
201, que operan como cabezales de medida.

Para realizar la medida simultánea y ONLINE de
todos estos parámetros y para su procesamiento, se
necesitan tarjetas de PC
especiales, modelo 840 (WIN 95, 98, ME, NT, 2000), y el
software
SoftWinner 940 (WIN 95, 98, ME, NT, 2000).

En principio, las tarjetas y el software son iguales que
en las máquinas universales de ensayo, con las
ampliaciones específicas para las funciones y
valoraciones que requieren los ensayos en
tortillería

Las balanzas de torsión, están construidas
para calcular las fuerzas eléctricas, magnéticas o
gravitatorias muy pequeñas a partir del ángulo que
forma un brazo al girar, antes de que la resistencia
ejercida por la fuerza de
torsión detenga su movimiento.
Fue diseñada originalmente por el geólogo
británico John Michelle, y mejorada por el químico
y físico de la misma nacionalidad
Henry Cavendish. El instrumento fue inventado de forma
independiente por el físico francés Charles de
Coulomb, que lo empleó para medir la atracción
eléctrica y magnética.

Una balanza de torsión está formada por
dos esferas pequeñas, que suelen tener una masa del orden
de 1 g y van unidas a los extremos de una varilla horizontal
suspendida por su centro de un alambre fino o, en los experimentos
más recientes, de una fibra de cuarzo. Si, por ejemplo, se
colocan dos esferas grandes de plomo junto a las esferas de la
balanza, pero en lados opuestos, las esferas de la balanza se
verán atraídas por las esferas grandes y el alambre
o la fibra experimentarán una torsión. El grado de
torsión se mide a través del movimiento de un rayo
de luz reflejado por
la varilla sobre una escala. Esto
permite hallar la fuerza gravitacional entre las dos
masas.

El vernier,
conocido también como pie de rey, consiste usualmente en
una regla fija de 12 cm. con precisión de un
milímetro, sobre la cual se desplaza otra regla
móvil o reglilla. La reglilla graduada del vernier divide
9mm en 20 partes iguales de manera que pueden efectuarse lecturas
con una precisión de un vigésimo de
milímetro.

La precisión de estos instrumentos depende mucho
de la calidad y
estado del
instrumento en sí; por ejemplo, hay verniers que son
precisos hasta los milésimos de una pulgada (.001"),
cuando otros son aun más precisos (.0005").

La medida se lee en decimales de pulgada o de unidades
métricas; algunos presentan ambas unidades.

A parte de los vernieres quizás más
conocidos, están los que se pueden considerar como
"digitales", si es que muestran la medida en una
pantalla.

Existen los que son de una longitud y alcance de 4".
Quizá más comunes son los de 6", pero
también los hay de 12".

Este instrumento es versátil por su diseño,
pues permite medir en distintas formas.

MATERIALES Y EQUIPOS

1. Máquina para ensayo de
torsión

2. Extensómetro

3. Vernier

4. Probetas

PROCEDIMIENTO

1. Medir el diámetro de la
probeta.

2. Fijar la probeta a las mordazas fijas y
móviles de la máquina de torsión,
ajustándola con los tornillos de
fijación.

3. Montar el extensómetro y calibrarlo en
cero.

4. Aplicar una carga.

5. Leer el ángulo de torsión
correspondiente y registrar el valor en la tabla
22.

6. Repetir el procedimiento con
distintos valores de
carga.

TABLA DATOS

GRAFICO

ANÁLISIS DE
RESULTADOS

Podemos ver que el modulo de rigidez hallado comprende
los resultados esperados, además pudimos Estudiar las
características de la fractura por torsión en
materiales dúctiles y frágiles. Y determinar la
relación entre momento torsor y deformación angular
para los materiales ensayados. También que La
deformación plástica alcanzable con este tipo de
ensayos es mucho mayor que en los de tracción
(estricción) o en los de compresión.

CONCLUSIONES

Pudimos reconocer y aplicar un nuevo ensayo muy
útil para nuestra vida como futuros ingenieros,
también hemos reconocido el funcionamiento y manejo de la
máquina para ensayo de torsión.

Como conclusión principal podemos decir que La
Torsión en sí, se refiere a la deformación
helicoidal que sufre un cuerpo cuando se le aplica un par de
fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido
contrario).

Los resultados del ensayo de torsión resultan
útiles para el cálculo de elementos de
máquina sometidos a torsión tales como ejes de
transmisión, tornillos, resortes de torsión y
cigüeñales.

BIBLIOGRAFÍA

• DAVIS, Harmer E. Y TROXELL, George E. Ensaye de
  los materiales en ingeniería: 7 ED. México: C.E.C.S.A. 1979. 477
  p.
• NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 4525.
  Terminología de ensayos mecánicos. Instituto
  Colombiano de Normas Técnicas
  y Certificación. ICONTEC. 1998-10-28.
• BEER, Ferdinand P. y JOHNSTON, E. Russell.
  Mecánica de materiales. 2 ed.
  México: McGraw Hill, 1999. 742 p. ISBN
  958-600-127-X

Juan Andrés Pedroza

Carlos Simanca

José Tamara

Farid Jacir

José Rodríguez

Informe de laboratorio
para optar nota acumulativa en la asignatura de laboratorio de
resistencia de materiales

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEP. ING. INDUSTRIAL

BARRANQUILLA, Julio de 2007