Ensayos

Problema 5: Control de Calidad en Ejes de Aerogeneradores (Ensayo de Tracción)

Contexto: Una planta de fabricación de componentes eólicos en Linares está verificando las propiedades mecánicas de un nuevo acero aleado destinado a los ejes principales de los aerogeneradores. Para ello, se extrae una probeta normalizada de sección circular con un diámetro inicial de 12 mm y una longitud entre puntos de medida de 60 mm. El informe técnico especifica que el material ha sido tratado térmicamente a 600 grados Celsius para aliviar tensiones internas.

Resultados del Sistema de Adquisición de Datos:

El software de control de la máquina de ensayos proporciona los siguientes valores registrados durante la prueba:

Datos adicionales del proyecto:

• El peso específico del acero es de 7850 kg/m3.

• El coeficiente de Poisson del material es de 0,3.

• El coste del ensayo por probeta es de 120 euros.

Se pide:

1. Calcular el Módulo de Elasticidad (Módulo de Young) del acero en GPa, utilizando los datos de la fase de proporcionalidad.

2. Determinar la Resistencia a la Tracción (Esfuerzo Máximo) del material en MPa.

3. Calcular el porcentaje de reducción de área (estricción) tras la rotura y comentar su relación con la ductilidad del material.

4. Si el eje real va a estar sometido a una fuerza máxima de trabajo de 300 kN y se aplica un coeficiente de seguridad de n = 3 sobre el límite elástico, determinar el diámetro mínimo necesario del eje.

Problema 6: Evaluación de Resiliencia en Aleaciones (Ensayo Charpy)

Contexto: Un laboratorio ensaya una aleación de aluminio-litio para tanques de combustible de cohetes. El ensayo se realiza mediante un péndulo de Charpy sobre una probeta de sección cuadrada de 10x10 mm con una entalla en V de 2 mm de profundidad. El sistema registra los ángulos respecto a la vertical de equilibrio (punto más bajo).

Lecturas Instrumentales:

El técnico observa el dial analógico del péndulo y registra los siguientes parámetros:

Nota: Para el cálculo de las alturas inicial (h) y final (h'), se debe utilizar la relación trigonométrica correspondiente a la posición del brazo respecto a la vertical.

Datos adicionales de la normativa:

• La aceleración de la gravedad se toma como 9,81 m/s2.

• La temperatura del ensayo es de -150 grados Celsius.

• La velocidad de impacto teórica es de 5,1 m/s.

Se pide:

1. Calcular la energía absorbida por la probeta en el impacto (Energía de rotura) en Julios, teniendo en cuenta las pérdidas por rozamiento.

2. Determinar la Resiliencia del material (KCV) en J/cm2. Es fundamental identificar correctamente la sección resistente neta de la probeta en la zona de la entalla.

3. Si el mismo material se ensayara a temperatura ambiente (20 grados Celsius), ¿cómo esperas que varíe el ángulo de remonte (beta)? Justifica la respuesta basándote en la transición dúctil-frágil.

4. Explicar la diferencia entre tenacidad y resiliencia basándote en la velocidad de aplicación de la carga en este ensayo comparado con el de tracción.