Resiliencia Materiales

Resiliencia Materiales

Vamos a estudiar Que es la Resiliencia, Para Que Sirve la Resiliencia, Los Ensayos de Resiliencia, El modulo de resiliencia y Ejercicios de Resiliencia.

¿Qué es la Resiliencia? La resiliencia es la propiedad de un material que permite que recupere su forma o posición original después de ser sometido a una fuerza de doblado, estiramiento o compresión.

Lógicamente esto debe darse antes de que comience su deformación plástica (deformación permanente o irreversible), ya que en caso contrario no volvería a su forma original, y quedaría deformado permanentemente. Un material muy conocido por tener una gran resiliencia es la goma. La deformación elástica es la deformación mientras no rompa o se deforme permanentemente el material. La resiliencia se mide siempre dentro de la deformación elástica del material.

Se llama límite elástico de un material, a la fuerza máxima que se le puede aplicar sin sufrir deformaciones permanentes. Por lo tanto, la energía que absorbe un material antes de llegar a su límite elástico es la resiliencia.

Si vamos sometiendo a un material cada vez a mas fuerza, y el material no se rompe ni deforma permanentemente, su resiliencia irá aumentando. Si dejamos de aplicarle la fuerza la energía absorbida la liberará para volver a su estado o forma inicial. Su máxima resiliencia será cuando llega a romperse o deformarse permanentemente. Se podría decir que es la capacidad de memoria que tiene un material para volver a su forma inicial. Fíjate en la gráfica de un ensayo de resiliencia de un material. Su resiliencia va aumentando según aumetamos la fuerza sobre el material. A partir del límite elástico ya sufre deformaciones permanentes, y por lo tanto, ya no hay resiliencia.

Un material de alta resiliencia (resiliente) se deforma de manera importante antes de romperse, mientras que un material con baja resiliencia será un material frágil y apenas experimenta deformación alguna antes de romperse. La goma tiene alta resiliencia y el vidrio muy baja.

La definición real en la ciencia de los materiales es la siguiente:

La resiliencia es la capacidad de un material de absorber energía elástica cuando es deformado y de cederla cuando se deja de aplicar la carga. Como ves significa más o menos lo mismo.

La propiedad asociada se denomina módulo de resiliencia, Ur , y es con lo que se mide realmente la resiliencia de un material. El módulo de Resiliencia es la energía de deformación por unidad de volumen que se requiere para deformar un material hasta su límite elástico. Resiliencia por unidad de volumen. Se mide en Julios por Unidad de Volumen (Julios por metros cúbicos en el Sistema Internacional). Luego veremos más detalladamente el módulo de resiliencia.

La cuantificación de la resiliencia de un material se determina mediante ensayo por el método Izod o el péndulo de Charpy, resultando un valor indicativo de la fragilidad o la resistencia a los choques del material ensayado. Luego veremos como se hacen estos ensayos.

Para Que Sirve la Resiliencia Imagina el parachoques de tu vehículo. ¿Te gustará saber cuanto podría aguantar en un choque contra otro vehículo o una barrera sin romperse? Pues hay tienes un ejemplo de para que sirve la resiliencia.

También se utiliza mucho la resiliencia en los colchones, si en los colchones. Un colchón debe tener alta resiliencia para que se deforme cuando estamos tumbados en el, de lo contrario quedaría deformado al levantarnos.

En ingeniería se hacen continuamente ensayos de resiliencia (como los que vamos a ver) para calcular la facilidad o no de deformarse de miles de materiales metálicos. plásticos, maderas, etc.

Diferencia entre Tenacidad y Resiliencia

Es importante conocer bien la diferencia ya que son términos parecidos y puede llevar a errores.

La tenacidad es la cantidad de energía absorbida por el material justo antes de romperse (cuando rompe). La resiliencia nos dice la energía almacenada durante la deformación elástica. Un material puede sobrepasar su límite de resiliencia y seguir deformándose (ahora permanentemente) sin romperse. Una vez llega a la rotura, esa será su tenacidad.

Normalmente un material tenaz (mucha fuerza para romperlo) suele tener mucha resiliencia.

Tenacidad: Una medida de la habilidad de un material para absorber energía sin fractura.

Resiliencia: Una medida de la habilidad de un material para absorber energía sin deformación plástica o permanente.

Ensayo de Resiliencia Los ensayos de resiliencia de un material consiste en romper una probeta de muestra del material golpeándola con un péndulo. Son por lo tanto ensayos destructivos. Tenemos dos Charpy e Izod.

Ensayo de Resiliencia Charpy Esto ensayo se realiza con la máquina o péndulo de Charpy (ver imagen más abajo) midiendo la energía consumida en la rotura de una probeta por un golpe sobre ella (energía que pierde el péndulo cuando choca en su trayectoria contra la probeta).

Esta máquina tiene un péndulo con una masa (m) que dejamos caer desde una altura inicial H para que golpee una probeta del material que queremos calcular su resiliencia. La probeta debe tener una cuña (entalla) y el péndulo golpearla siempre por el lado contrario a la cuña. h será la altura final del péndulo. La temperatura normalizada para el ensayo es de 20ºC.

La energía gastada por el péndulo para romper la probeta se calcula por la diferencia entre la energía del péndulo de charpy antes de golpearla y la energía que queda en el péndulo después de golpear la probeta. (incremento de energía potencial).

La resiliencia será esa energía absorbida por el impacto.

ΔEp = EH - Eh = m x g ( H-h)

Siendo m, la masa del péndulo, g la gravedad, H altura inicial del péndulo y h la altura final del péndulo.

Vamos hacer un ejercicio para entenderlo mejor. Imagina que sometemos a ensayo una probeta con una máquina charpy que tiene un péndulo de 20Kgf (kilogramos fuerza) y que lo dejamos caer desde una altura de 90cm. Tras romper la probeta alcanza una altura de 70cm. La probeta tiene una sección cuadrada de 10mm de lado con una entalla (hendidura) de 2mm (fíjate en la probeta de la imagen de abajo).

Calcula la resiliencia o energía absorbida por el impacto:

ΔEp = m x g ( H-h) = 20 x 9,8 (0,9m -0,7m) = 39,2 N x m (newtons por metro)= 39,2 Julios (energía)

Ahora veamos como se puede calcular el módulo de resiliencia.

Modulo de Resiliencia El módulo de resiliencia será esta energía dividida por la superficie de la probeta rota, pero la superficie que tiene por el lado de la cuña.

La fórmula para calcular el módulo de resiliencia será:

Modulo de Resiliencia = Incremento de Energía Potencial/Sección de la Muestra por la entalla (cuña).

Ur = ρ = ΔEp/S = m x g x (H-h)/S

S es la sección de a probeta por la parte de la cuña.

Normalmente el módulo de resiliencia se expresa en Kg/cm2 o unidades similares.

En el ejercicio anterior tendríamos:

S = 10 (10-2) = 8 mm2

Si dividimos la resiliencia por esta superficie ya lo tenemos:

ρ = 39,2/8 =4,9 Julios/mm2

Esto lo puede ver mejor resumido en la siguiente imagen:

Ensayo de Resiliencia Izod Es muy parecido, la única diferencia es que la probeta se incrusta en una mordaza en vertical y el péndulo golpea la probeta en la misma dirección de la entalla. Fíjate en la imagen y lo entenderás perfectamente. Las cálculos son exactamente los mismos y de la misma forma:

En este video puedes ver el ensayo explicado paso a paso y con el péndulo de charpy:

Ejercicios de Resiliencia Veamos algunos ejercicios típicos de resiliencia:

Resiliencia Materiales Ejemplos Un material resiliente tiene el límite elástico muy alto y el modulo elástico muy bajo. Un ejemplo de esto son los muelles.

Aquí puedes ver las resiliencia de algunos materiales, expresada en porcentaje de recuperación de su estado inicial después de ser sometidos a una fuerza: