1)
a) Identifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifique sus respuestas.
i. La deformación es linealmente proporcional a todos los valores de esfuerzo (FALSO).
Para un gran número de materiales empleados en la construcción de distintos elementos
de máquina (cañerías, equipos, entre otros), se admite que el esfuerzo normal es proporcional a
la deformación específica axial, de acuerdo a la ley de Hooke. Esta ley relaciona el esfuerzo
aplicado sobre la pieza y la deformación que ésta experimenta según la ecuación:
𝜎 =𝛦∗𝜀
Esta ecuación admite que la deformación axial y el esfuerzo que la ocasiona son
linealmente proporcionales mediante la constante de proporcionalidad “E” (constante elástica)
solamente hasta el límite elástico, es decir hasta un cierto valor de esfuerzo, el cual se conoce
como límite de proporcionalidad que es el valor máximo del esfuerzo que el material puede
soportar para que el esfuerzo aplicado y la deformación producida sean proporcionales.
ii. Un cambio de sección en un elemento sometido a cargas produce concentración de
tensiones. (VERDADERO)
Para que un elemento de máquina pueda cumplir con las funciones para el cual se lo
construyó es necesario introducir cambios de sección (discontinuidades geométricas) en
diversas regiones de su estructura. Estas discontinuidades geométricas o cambios abruptos en
la sección provocan concentraciones de tensiones que hacen que la tensión real sobre la pieza
sea mayor que la proyectada por las fórmulas.
La tensión real sobre la pieza aumenta considerablemente debido a que la tensión es
fuerza sobre el área, de manera que si el área se reduce, la tensión lógicamente aumentará. Por
lo tanto, en la región donde se produce el cambio de sección ocurre una redistribución de fuerzas
y la misma no es uniforme en toda la sección transversal, por lo que el material está sometido a
un esfuerzo mayor.
b) ¿Cómo se realiza el ensayo de flexión sobre una barra de madera de longitud y sección
conocida? Describa qué equipos se emplean, las mediciones a realizar y los parámetros que se
determinan.
El ensayo consiste en aplicar una carga perpendicular al eje de la barra mediante un
émbolo accionado por un equipo hidráulico.
El equipo a usar consta de una estructura equipa con un sistema hidráulico que acciona
un émbolo capaz de aplicar lentamente una carga variable sobre un objeto, un par de soportes
para contener el objeto y centrar la fuerza aplicada por el émbolo, un software capaz de registrar
la deformación que sufre el objeto y la carga que lo ocasiona, y un rectángulo plástico que
resguarda al operador del equipo contra partes del objeto que puedan salir desprendidos.
Como primer paso se coloca la barra sobre los soportes de manera que estos se
encuentren a la misma distancia del punto medio de la barra. Una vez colocada, se procede a
accionar el desplazamiento del émbolo y en el preciso momento en el que este entre en contacto
con la barra, se detiene un desplazamiento, se calibra el equipo para obtener mediciones de
esfuerzo vs deformación desde el origen de coordenadas (0,0). Se vuelve a accionar el descenso
del émbolo y el sistema registrará la deformación que sufre la barra de madera y la carga que la
ocasiona, generando así un gráfico de carga vs deformación. El objetivo del ensayo de flexión es
determinar las propiedades mecánicas de los materiales relacionadas con los esfuerzos y
deformaciones en los puntos máximo y de rotura, y módulo elástico en flexión teniendo en cuenta
la separación entre apoyos calculada a partir del espesor de la probeta.
Cabe mencionar que el ensayo puede o no ser destructivo, es decir que no es obligatorio
someter a la barra hasta la carga de rotura.
2)
Explique detalladamente en qué consisten y con qué propósito se realizan los tratamientos
térmicos de: Temple, Revenido, Recocido y Normalizado.
Temple
Consiste en el enfriamiento rápido (con agua o salmuera) desde la temperatura de
austenización hasta la temperatura ambiente de un acero austenizado, con el fin de originar una
estructura denominada martensita. El enfriamiento rápido no permite que haya movimiento
difusional, sino que en su lugar ocurre una repentina reorientación de los átomos de carbono,
dando una estructura BTC (tetragonal de cuerpo centrado).
La temperatura de austenización es la temperatura critica superior, la cual depende del
porcentaje de carbono, y esta se caracteriza por que por encima de ella tendremos austenita.
La martensita se caracteriza por ser muy dura con una alta resistencia, aunque demasiado
frágil. Es la forma más dura de los aceros tratados térmicamente y tiene alta resistencia y
buen comportamiento frente a la abrasión.
Revenido
Es un proceso que se aplica después del temple, consiste en recalentar la martensita.
La martensita es dura pero frágil, por lo que resulta poco práctica. Si la misma es calentada
a temperaturas del orden de los 400-650°C durante un tiempo prolongado es posible aumentar su
ductilidad. Luego se enfría nuevamente y se obtiene martensita revenida, la cual es casi tan dura
y resistente como la martensita, con el revenido se pierde algo de dureza pero se incrementa la
tenacidad y se reducen y eliminan las tensiones inducidas por el temple instantáneo.
Recocido
En la fabricación de perfiles y piezas de máquina el acero está sometido a elevadas
temperaturas que pueden dar lugar a un acero de estructura irregular, con tensiones internas.
Estas irregularidades se subsanan con el recocido, donde se eliminan las tensiones internas, se
aumenta la ductilidad, la plasticidad y la tenacidad, para obtener así un material más blando y
dúctil.
El recocido consiste en un calentamiento lento y uniforme de la pieza, a una T de 20 a 40°C
por encima de la T crítica superior, seguido de un enfriamiento lento, que generalmente se realiza
con dentro del horno a puertas abiertas.
Normalizado
Consiste en un calentamiento por encima de la T crítica superior, unos 50 a 80°C para
asegurar la completa austenización, seguido de un enfriamiento que, si bien es lento, es más
rápido que en el recocido, es decir que si en el recocido el enfriamiento era en el horno a puertas
abiertas, aquí se realizará al aire libre o con un ventilador.
Este tratamiento se realiza para mejorar el comportamiento de trabajo de la pieza, afinar el
grano para obtener una distribución más uniforme y obtener perlita, que es más dura y resistente.
El normalizado alivia las tensiones internas provocadas por el proceso de elaboración y produce
la suficiente ductilidad y maleabilidad para una gran diversidad de aplicaciones; facilita
materiales más duros y tenaces que los que salen del recocido.
Generalmente se utiliza este tratamiento para aceros que se deforman plásticamente.
3)
a. ¿Qué son los inhibidores de corrosión? ¿Cuándo es conveniente utilizarlos?
La corrosión es un fenómeno de deterioro que sufren los metales a causa de su
interacción con el medio que los rodea. Un material afectado por la corrosión es debilitado
estructuralmente e incluso la misma corrosión puede contaminar todo fluido que pase por la
misma.
Los problemas de corrosión pueden evitarse con una adecuada selección de materiales,
diseño y técnicas de construcción. Sin embargo, en ciertas ocasiones resulta más económico
modificar el medio corrosivo que el metal en sí. Esto es válido cuando el medio corrosivo tiene
poco volumen o cuando se trata de una situación temporal.
Se cuenta con una gran variedad de inhibidores, dependiendo del proceso de corrosión
que se desee inhibir. Algunos de estos pueden ser:
● Inhibidores pasivantes: la velocidad de corrosión de un metal se reduce en gran medida
por la formación de productos de corrosión sobre su superficie. (cromatos alcalinos y
nitritos)
● Inhibidores de acción neutralizante: el picado de la superficie es consecuencia de la
acidificación localizada, por lo que cualquier agente que dificulte la acidificación actuará
como inhibidor de picado. (boratos, silicatos)
● inhibidores de fase vapor: liberan aniones inhibidores que son absorbidos por las
películas superficiales húmedas. (carbonato de ciclohexilamina)
● Inhibidores en medio ácido. (gelatina, formaldehído)
b. Describa cuales son los efectos de la adición de Ni y Cr en un acero inoxidable.
Un acero inoxidable es una aleación de Fe y C a la cual se le añade Cr y Ni en cierta
proporción. Estos se caracterizan por su resistencia a la corrosión, la cual se debe principalmente
al cromo añadido, debido a que en contacto con el O2 este forma una capa de óxido superficial
de Cr, que protege al metal de ser corroído.
Mayor porcentaje de Cr, mayor resistencia a la corrosión. Sin embargo, la adición de Cr
disminuye el rango de T en donde la austenita es estable, por fuera de ese rango tendremos
ferrita. Para un 10 % de cromo, el rango de austenita estable se reduce a un rango de T entre 400
y 1250°C.
Junto con el cromo se coloca Ni, la adición de este provoca la estabilización de la austenita
en un rango de T mucho más amplio, un 10% de Níquel logra aumentar el periodo de austenita
estable hasta una T de 1100°C para un contenido del 18% en cromo. Un 8% de Ni es una cantidad
adecuada para lograr un gran rango de austenita estable, lo que permite mayor solubilidad de C
en la estructura, confiriendo así mayor resistencia y dureza.
4)
a. ¿Cuáles son los tornillos más comúnmente empleados como elementos de unión? Describa
cada uno de ellos.
Un tornillo es un elemento de unión desarmable, formado por una cabeza unida a una
espiga cilíndrica sobre la cual se tallo un filete o rosca.
Los tornillos empleados como elemento de unión son:
● Perno o Bulón: es un tornillo con cabeza y tuerca, Se usa para unir partes con agujeros
lisos, donde la unión se alcanza presionando la tuerca.
● Prisionero: puede o no tener cabeza, está roscado en toda su longitud y se atornilla solo
sobre una de las piezas. Si bien una de las formas de evitar el movimiento relativo entre
el eje y el elemento conectado es la chaveta, otra opción es el tornillo prisionero.
● Espárrago: Es una espiga cilíndrica roscada en ambos extremos pero no en su centro.
No posee cabeza pero si tuerca. La unión se logra roscando internamente sobre una de
las piezas y sujetando la otra con la tuerca.
● Tornillo de madera: posee una rosca cónica. Forma la rosca en la madera a medida que
va penetrando en la misma.
b. ¿A qué pruebas deben someterse los recipientes a presión interna? ¿Por qué? ¿Qué
dispositivos de seguridad deben tener?
Todos los recipientes a presión interna deben ser sometidos a ensayos no destructivos y
controles de sus elementos de seguridad que forman parte de la instalación con el fin de verificar
su correcto funcionamiento, evitando incidentes que puedan causar daños económicos y
humanos. Estos se realizan cada cierto tiempo debido a las condiciones propias de operación
(corrosión, vibraciones, etc) que pueden afectar su estructura. De acuerdo a ASME, los
recipientes a presión interna antes de ser usados deben pasar por:
●
Prueba hidrostática: se somete al recipiente con agua a una presión
P (prueba) = 1.3* M (AWP) * (Tao máx. admisible de prueba/ Tao máx. admisible de diseño)
Cuando el recipiente no puede ser sometido a una prueba hidrostática, debido a que, por
ejemplo, el recipiente no se puede mojar o no se puede secar perfectamente luego de la prueba
y requiere estar seco para su correcto funcionamiento, ASME admite que el recipiente puede
ser sometido a:
● Prueba neumática: se somete al recipiente a una presión
P (prueba) = 1.1* M (AWP) * (Tao máx. admisible de prueba/ Tao máx. admisible de
diseño)
Siendo M (AWP) la máxima presión de trabajo admisible.
Los dispositivos de seguridad que debe tener un recipiente a presión son:
● Una válvula de seguridad que permita la liberación de presión interna cuando se alcance
un 10% de sobrepresión de la máxima admisible.
● Anclaje a alguna superficie estable, con el fin de evitar que el recipiente tenga
vibraciones o se mueva por alguna otra causa.
● Manómetro visible, para controles rápidos.
● Chapa de identificación con datos de: Fabricante, máxima presión admisible de trabajo,
temperatura de la máxima presión admisible de trabajo, entre otros.
5)
a. Indique si las siguientes afirmaciones son falsas o verdaderas. Justifique su respuesta.
i. El módulo de elasticidad es una propiedad de los materiales que puede modificarse por
procesos de endurecimiento, por deformación o por tratamientos térmicos. (FALSO)
El módulo de elasticidad es un valor característico para cada material y se encuentra en
tablas. Gráficamente es la pendiente de la curva esfuerzo vs deformación en la región elástica.
Se encuentra íntimamente relacionado con la energía de enlaces de los átomos que conforman
el material. Por lo tanto una pendiente muy empinada indica que se requieren grandes
esfuerzos para separar los átomos y en consecuencia el material se deforma plásticamente para
un gran valor de esfuerzo. Un gran valor de E refleja la elevada rigidez del material y la poca
deformación elástica que el mismo soporta.
b. ¿Qué características mecánicas presenta la austenita, ferrita y la cementita?
Austenita o Fe gama
La austenita es la solución sólida que se forma cuando el carbono se disuelve en Fe
gama bajo la estructura FCC (cúbica centrada en las caras), la cual no es estable por debajo de
los 723°C. La solubilidad del carbono crece de 0.8% a los 723°C hasta el 2% a los 1148°C,
siendo entonces la solubilidad aproximadamente 100 veces mayor que la de la Ferrita, a causa
de que pueden acomodarse un mayor número de carbono en la red FCC porque sus huecos
intersticiales son mayores que los BCC. La Austenita se caracteriza por tener mayor resistencia
y una menor ductilidad que la ferrita.
Ferrita o Fe alfa
A temperatura ambiente un sistema Fe-C se presenta como Ferrita o Fe alfa, cuya
estructura cristalina es de la forma BCC (cúbica centrada en el cuerpo). Para la Ferrita podemos
decir que el carbono es un soluto intersticial en su estructura de hierro, se tiene átomos de
hierro en los vértices y un solo átomo de carbono solubilizado en el centro del cuerpo. A
temperatura ambiente la solubilidad del carbono en la ferrita es sumamente baja, siendo su
máxima solubilidad de 0.02% a los 723°C (T eutectoide), mientras que a temperatura ambiente
solubiliza solo un 0.008%. La Ferrita se caracteriza por ser poco resistente, blanca, dúctil y
magnética por debajo de los 765°C.
Cementita
La formación de cementita tiene lugar cuando se supera el límite de solubilidad del
carbono en Ferrita por debajo de los 723°C. La cementita es un carburo de hierro que contiene
6.67% de carbono, por lo que no es una solución sólida de carbono en hierro (como Ferrita o la
Austenita). La presencia de este carburo de hierro aumenta considerablemente la resistencia de
algunos aceros. Desde el punto de vista mecánico, la cementita se caracteriza por ser dura y
frágil.
6)
Explique en qué consisten la protección anódica y la protección catódica.
Protección Anódica
Se basa en la formación de películas pasivantes protectoras en la superficie del metal
por la aplicación de corrientes anódicas. Algunos metales debido a su potencial de oxidación
pueden ser usados como ánodos en celdas electroquímicas, sin embargo, si estos son pasivos,
es decir más catódicos, se corroen en menor proporción.
Se logra la pasivación produciendo una fuerte polarización anódica, lo que consigue
evitar la reacción anódica normal. Una polarización consiste en modificar el voltaje entre el
ánodo y el cátodo para de esta forma reducir la velocidad de corrosión.
La polarización se puede realizar mediante un aparato especial capaz de modificar la
corriente denominada potenciostato.
La pasivación conceptualmente implica que si sumerjo un metal en algún ácido
específico, este se oxidará, es decir se pasivara, formando así una película de óxido en su
superficie que lo protegerá en posteriores contactos con el mismo ácido.
Protección Catódica
Este tipo de protección consiste en suministrar electrones al metal para así convertirlo
en cátodo, de manera tal de protegerlo de la corrosión. Esto se puede lograr de dos formas:
● Anodo de sacrificio: en síntesis, consiste en adherir un metal que haga las veces de
ánodo ante el objeto a proteger. Este tipo de protección se emplea comúnmente en
casos donde el objeto a proteger se encuentre bajo tierra o cuando su ubicación no
permita un fácil acceso al mismo. La elección del ánodo de sacrificio estará sujeta al
potencial de oxidación tanto del metal a proteger como del ánodo en cuestión.
● Voltaje impuesto: se hace uso de una fuente de corriente continua conectada en su
extremo anódico a un ánodo auxiliar y el extremo catódico al material a proteger. Como
ánodo de sacrificio se opta por alguna chatarra o desecho de hierro. La principal
diferencia de este método con respecto al anterior es que en este caso no importa el
valor del potencial de oxidación de las piezas, puesto que se impone una carga eléctrica.
7)
Mencione propiedades y aplicaciones de los aceros con bajo contenido de C y Austeniticos.
Aceros de bajo porcentaje de carbono
Ordinarios:
Son comúnmente llamados aceros fierros, poseen porcentajes de carbono inferiores a
0.25%. Se caracterizan por ser dúctiles, maleables, altamente maquinables, soldables y por no
responder al tratamiento térmico de temple, es decir que no es posible obtener martensita a
partir de estos.
Presentan una buena soldabilidad y no suelen presentar problemas en ese aspecto. En
caso de que las temperaturas sean bajas o el espesor de las chapas sea mayor a 25 mm, se les
realiza un ligero calentamiento previo.
Este tipo de acero se emplea comúnmente en la fabricación de clavos, tornillos,
alambres, barras, entre otros.
HSLA:
Surgieron como respuesta a la reducción de peso en automóviles y contienen elementos
de aleación como Cu, V, Ni y Mb en pequeñas concentraciones.
Se caracterizan por aumentar su resistencia por tratamiento térmico, son dúctiles y
mecanizables. En ambientes atmosféricos son más resistentes a la corrosión que los
ordinarios, por lo que suelen reemplazarlos en muchas aplicaciones donde la resistencia
mecánica es crítica (puentes, torres, recipientes a presión).
Aceros Austeniticos
Los aceros austeníticos son aceros inoxidables no magnéticos que contienen altos
niveles de cromo níquel y bajos niveles de carbono. Son conocidos por su conformabilidad y
resistencia a la corrosión. Aunque la resistencia a la corrosión del acero inoxidable proviene de
la presencia de como, se agregan otros elementos para mejorar otras propiedades. Estos
elementos alteran la microestructura del acero.
Estas modificaciones pueden hacer que este resulte adecuado para aplicaciones a altas
temperaturas o lograr un aumento en su resistencia a la corrosión. La mayoría de aceros se
vuelven frágiles a bajas temperaturas, sin embargo, el níquel presente en el acero austenítico
inoxidable lo hace adecuado para aplicaciones a bajas temperaturas.
El acero austenítico inoxidable es generalmente no magnético, no puede endurecerse
mediante tratamiento térmico, se endurece rápidamente con el trabajo en frío.
Los aceros austeníticos inoxidables poseen un gran abanico de aplicaciones, algunas de
ellas son: utensilios de cocina, equipo de alimentos y bebidas, equipo industrial (tanques,
compresores, recipientes de almacenamiento y tuberías para líquidos corrosivos, entre otros).
8)
Mencione propiedades y aplicaciones de: aceros ferríticos, aceros con alto contenido de
carbono y de un acero inoxidable martensítico.
Aceros Ferriticos
Los aceros inoxidables Ferriticos son aceros fabricados con 12 a 27% de cromo, con el
carbono controlado al más bajo porcentaje practico, para disminuir su efecto nocivo en la
resistencia a la corrosión. Contienen poco a nada de níquel. La ausencia de níquel proporciona
un precio bajo en comparación con los aceros inoxidables Austeniticos.
Prácticamente no se endurecen por tratamiento térmico, son ferromagnéticos y pueden
endurecerse moderadamente por trabajo en frío. Son menos resistentes a altas temperaturas
que los austeníticos. Poseen mayor resistencia a la corrosión que los martensíticos. Pueden ser
trabajados en caliente, con mayor facilidad que los aceros martensíticos y pueden ser enfriados
al aire después de trabajarlos en caliente sin el peligro de que se agrieten.
Por su buena resistencia al calor y aceptación a procesos de soldadura, se emplean
principalmente para los tubos de escape de automóviles , partes de hornos, intercambiadores
de calor, aplicaciones de soldadura donde se requiera un rendimiento superior al del acero
galvanizado.
Aceros con alto contenido de carbono
Son duros y resistentes, aunque menos dúctiles que otros aceros al C. Para su uso
requieren templado y revenido. Son especialmente resistentes al desgaste, abrasión,
deformación y capaces de adquirir la forma de herramientas de corte. Las herramientas se
fabrican con aceros con alto contenido de C que contiene generalmente Cr, V, Tu, Mo; estos
elementos se combinan con C para formar carburos muy duros y resistentes al desgaste.
Se usan principalmente como matrices para confeccionar materiales,
herramientas de corte (perforadoras y punzonadoras), cuchillas. alambres de resorte y cables.
Aceros Martensítico
Son fabricados principalmente con cromo, del 11% al 18%, junto con cantidades
cuidadosamente controladas de carbono para impartir a estos aceros la propiedad de
endurecerse por tratamiento térmico.
Conforme se aumenta el contenido de carbono en estos aceros, aumenta también las
propiedades mecánicas que pueden obtenerse por tratamiento térmico. Sin embargo al
aumentar el carbono mayor número de carburos de cromo son formados y por lo tanto baja el
contenido de cromo disponible para resistir la corrosión.
Particularmente los de bajo contenido de carbono son usados para altas temperaturas;
son ferromagnéticos, se forjan y trabajan en caliente fácilmente, trabajan en frío sin dificultad y
pueden ser soldados, sin embargo, debido a su propiedad de templarse al aire, deberá tomarse
precauciones para evitar que se agrieten; resistencia a la corrosión moderada, baja ductilidad.
Las aplicaciones típicas de estos incluyen hojas de cuchillo, cubiertos domésticos,
instrumentos quirúrgicos, turbinas, impulsores, cuerpos de válvulas, entre otros.
9)
Explique cuales son y en qué consisten los endurecimientos superficiales a los que pueden ser
sometidos los componentes de máquina. ¿Cuándo son necesarios?
En diversas aplicaciones es necesario que un elemento de máquina posea una superficie
lo suficientemente dura como para resistir el desgaste,la fatiga, la abrasión o la deformación
localizada por cargas de impacto. Sin embargo, lo que se busca es aumentar la dureza
superficial manteniendo el núcleo blando y tenaz.
Estos cambios en la superficie se alcanzan modificando la composición química de la
capa exterior, exponiendo la superficie del material a la acción de gases, líquidos o sólidos a
una cierta temperatura.
Los tratamientos de endurecimientos superficial son:
Cementación (C):
Se incrementa la dureza superficial de una pieza de bajo contenido de carbono
aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se difunde el C en la superficie del
metal a una temperatura superior a los 912°C. El tratamiento consigue aumentar el contenido de
carbono en la periferia de la pieza en una capa de profundidad de alrededor de 1/16 in. Luego,
mediante temple y revenido, se logra una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y una
buena tenacidad en el núcleo.
Nitruración (N)
De igual forma que en la cementación, se incrementa la dureza superficial, aunque en
una mayor medida y mediante la incorporación de nitrógeno en la composición de la capa
superficial de la pieza. Esto se logra calentando el acero a temperaturas entre 400 y 525°C
inmerso en una corriente de amoniaco gaseoso.
Cianuración (C+N)
Se consigue el endurecimiento superficial en capas de entre 0.002 y 0.01 in de espesor
en piezas de acero de pequeño tamaño. Esto se logra empleando baños de cianuro líquido,
carbonato y cianato sódico, a temperaturas de 750-950°C, permitiendo así que el C y el N
difundan sobre la superficie del acero.
Carbonitruración (C+N)
Al igual que en la cianuración, se introduce C y N en la capa superficial, aunque en este
caso mediante hidrocarburos (como metano, etano o propano), amoníaco y monóxido de
carbono. Durante el tratamiento es necesario temperaturas de 650-850°C y posteriormente se
complementa con un temple y revenido.
Sulfinizacion (S+C+N)
Se incrementa la resistencia al desgaste mediante la acción del azufre. Este se incorpora
a la superficie del metal por calentamiento a una temperatura de 565°C inmerso en un baño de
sales.
10) ¿Qué es la templabilidad de un acero y cómo se determina?
La templabilidad es una propiedad de los aceros a través de la cual estos expresan su
capacidad de endurecerse mediante el tratamiento térmico de temple. El término templabilidad
expresa la profundidad y distribución de la dureza inducida mediante el templado a partir de la
condición austenítica, de forma que, cuanto más uniforme sea la distribución de durezas desde
la periferia al interior de la pieza, mayor será la templabilidad del acero. La templabilidad
depende de la composición química y del tamaño de grano austenítico.
Uno de los ensayos mediante el cual se puede medir la templabilidad es el de Jominy, el
cual consiste en varias etapas:
● Autenización: una prueba estandarizada es calentada hasta la temperatura de
austenización durante aproximadamente 30 min, cuidando de obtener una austenización
completa.
● Enfriamiento.
● Medición de la dureza.
Por último se traza una curva de templabilidad, representando los valores de dureza en
función de la distancia al extremo templado.Si la dureza disminuye rapidamente al alejarnos del
extremo templado, el acero posee una baja templabilidad, mientras que aquellos que posean
curvas casi horizontales tendrán una alta templabilidad.
11) ¿Cuándo la velocidad de corrosión será mayor?
La velocidad de corrosión está íntimamente relacionada con: el área superficial del
ánodo.
Si se pretende minimizar la velocidad de corrosión, es importante hacer que el área del
ánodo sea mucho mayor que el área del cátodo, por ejemplo, al unir 2 chapas de acero
mediante remaches de cobre. Si analizamos el potencial de oxidación, el cobre hace de cátodo y
el acero de ánodo. Debido a la pequeña área de los remaches, la velocidad de la reacción
catódica estará limitada, es decir que el cátodo podrá aceptar pocos electrones.
Por lo tanto, la velocidad de corrosión será mayor cuando la situación sea al revés, es
decir cuando se unan dos chapas de cobre con remaches o tornillos de acero, siendo de igual
forma el cobre el cátodo y el acero el ánodo. El área pequeña del ánodo de acero cede muchos
electrones, que son aceptados por el gran cátodo, entonces la velocidad de corrosión avanza
rápidamente.
La corrosión es del ánodo al cátodo, por lo cual siempre se buscará para minimizar la
velocidad de corrosión, que el área del ánodo sea mucho mayor que la del cátodo.
12) En cuál de las siguientes situaciones es menor la velocidad de corrosión: emplear tornillos de
cobre para sujetar chapas de acero o unir láminas de cobre con tornillos de acero.
La corrosión se define como el deterioro que sufre un material como consecuencia de un
ataque electroquímico producido por su entorno. Lo que provoca la corrosión es un flujo
masivo generado por las diferencias químicas entre las piezas implicadas. Una corriente de
electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales químicos entre un punto y
otro. Cuando desde una especie química se ceden y migran electrones hacia otra especie, se
dice que la especie que los emite se comporta como un ánodo y produce su oxidación (pasando
a su estado iónico), y aquella que los recibe se comporta como cátodo y en ella se verifica la
reducción (pasando a su estado base).
El potencial electroquímico define la susceptibilidad o resistencia de un material
metálico a la corrosión. Cuanto más positivo sea este valor, más noble (resistente es el
material). Caso contrario, cuanto más negativo sea este, más propenso a la corrosión es el
material.
Las reacciones que tiene lugar son:
Acero
Fe° Fe2++2eE°=+0.440
ÁNODO
Cobre
Cu° Cu2++2eE°=-0.337
CÁTODO
En el caso de sujetar chapas de acero con tornillos de cobre, el área del ánodo será
mucho mayor que el área del cátodo, por lo reacción catódica será limitada, es decir que el
cátodo acepta pocos electrones, por lo que la velocidad de corrosión de las láminas de acero
será pequeña.
Mientras que si sujetamos láminas de cobre con tornillos de acero, el área pequeña del
ánodo de acero cede muchos electrones, que son aceptados por el área catódica, por lo que la
velocidad de corrosión será considerable.
13) ¿En qué consiste la soldadura por fusión o arco eléctrico? ¿Qué función cumple el
revestimiento de los electrodos? ¿Cuáles son los riesgos y las normas de seguridad que se
deben cumplir?
Se realiza mediante la fusión de las piezas a soldar y el material de soporte haciendo uso
del calor que genera el arco voltaico al circular una corriente eléctrica a través del aire entre los
electrodos positivo y negativo, constituido por la pieza a soldar (que actúa como ánodo) y la
pinza que es el material de aporte (actúa como cátodo).
El equipo de soldadura es una fuente de alto voltaje y alto amperaje, que posee una pinza
que va a la pieza y otra donde va el electrodo. Además se necesitan marcará adecuada, guantes,
botas, entre otros.
Los principales riesgos se este tipo de soldadura sin de diversa naturaleza:
● Relacionados con la energía utilizada: energía eléctrica (quemaduras, electrocución)
● Relacionadas con el proceso en sí: generación de radiaciones no ionizantes
(perjudiciales para los ojos y la piel, generación de gases y humos tóxicos.
● Relacionados con las condiciones en la que se desarrolla el trabajo; lugares elevados,
recintos cerrados o espacios confinados.
●
●
●
●
●
●
●
●
Las normas de seguridad específicas para este tipo de soldadura son:
No realizar trabajos de soldadura en locales húmedos o mojados.
Contar con interruptor cerca del puesto de soldadura que permita cortar totalmente la
corriente en caso de ser necesario.
La carcasa debe estar conectada a tierra a través de una toma de corriente asociada a un
interruptor diferencial
Los cables de alimentación deben poseer suficiente sección para permitir el
sobrecalentamiento.
Para colocar el electrodo en la pinza se deben utilizar siempre los guantes. También se
usarán los guantes para coger la pinza cuando esté en tensión.
El fundente o recubrimiento de electrodos cumple las siguientes funciones:
La creación de una atmósfera inerte que protege al metal fundido del contacto con el O y
N del aire, evitando así la formación de nitruros y óxidos debilitadores.
Adición de desoxidantes con el fin de afinar la estructura granular del metal a soldar.
Formación de una capa que recubre el cordón de soldadura que reduce las tensiones del
material y protege las zonas fundidas de la soldadura.
14) Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifique su respuesta.
i. Los materiales deben tener una temperatura de transición por arriba de la temperatura de
operación determinadas por el ambiente que rodea al material. (FALSO)
La temperatura de transición es la temperatura a la cual el material cambia su
comportamiento de dúctil a frágil. En un gráfico de resistencia al impacto vs temperatura, al
disminuir la temperatura se llega a un valor determinado en el cual el material dúctil se vuelve
frágil, es decir que pierde su capacidad de deformarse (absorber energía).
Por lo tanto, la temperatura de operación del material debe ser mayor que la de
transición, de manera que este pueda conservar su ductilidad.
ii. La falla de soldadura de un acero inoxidable puede evitarse agregando un elemento aleante
cuyo carburo sea más soluble que el del cromo. (FALSO)
La falla de soldadura en un acero inoxidable ocurre por la precipitación de carburo de
cromo debido al calor de la soldadura, agotando así el cromo de la aleación, lo que concluye en
una disminución de la resistencia a la corrosión.
Una de las formas de evitar esto es agregando elementos aleantes que compitan con el
carburo de cromo, siendo más específicos, estos deben ser MÁS INSOLUBLES (menos
solubles) que el cromo para que, de esta forma, se produzca la precipitación de estos y el
cromo puede permanecer en solución. Se puede agregar, por ejemplo, tantalio y va a recibir el
nombre de acero inoxidable estabilizado.
15) ¿En qué consiste la falla de soldadura para un acero inoxidable? ¿Cuáles son las posibles
soluciones?
La falla de soldadura en un acero inoxidable ocurre por la precipitación de carburo de
cromo debido al calor de la soldadura, agotando así el cromo de la aleación, lo que concluye en
una disminución de la resistencia a la corrosión. Al soldar cualquier acero inoxidable la
soldadura se calienta hasta la fusión y luego se enfría rápidamente ( a temperatura ambiente)
con lo que mantiene la estructura austenítica, pero las cercanías a la soldadura se mantiene
entre 650-800°C el tiempo suficiente como para que inicie la deposición de carburos de cromo.
El carburo de cromo es más insoluble que el carburo de hierro, por lo que tendrá mayor
tendencia a depositarse.
Algunas posibles soluciones a esta falla son:
● Enfriamiento rápido con agua o aire a presión; de esta forma logró mantener el carbono
en solución.
● Agregando elementos aleantes que compitan con el carburo de cromo, siendo más
específicos, estos deben ser más insolubles que el cromo para que, de esta forma, se
produzca la precipitación de estos y el cromo puede permanecer en solución.
● Usando aceros inoxidables con bajo contenido de carbono.
TEMA 8: ÁRBOLES Y EJES.
1) “Se puede aumentar el número de HP que transmite un árbol sin variar su diámetro” (¿Es
necesario cambiar el D de una correa para aumentar la transmisión de potencia en hp?)
De la definición de trabajo: W = P * 2 * π * R
Y de la definición de la potencia transmitida por un eje: N = W * n
Siendo n, las revoluciones por minuto del eje en cuestión.
Reemplazando la expresión de W en la de N, es posible llegar a una expresión que
relaciona la potencia transmitida con el momento torsor y el número de rpm, siendo esta:
N = C * Mt * n
Siendo C una constante que depende del sistema de unidades en el que se esté trabajando.
Si bien la única forma de incrementar el valor del momento torsor es incrementando el
diámetro, si el objetivo es aumentar el número de HP que transmite un árbol sin variar su
diámetro, es posible lograr esto incrementando el número de revoluciones por minuto (n)
con las que gira el árbol en cuestión.
2) ¿Cuál es la velocidad crítica de una flecha y cuál es su importancia?
Debido a pequeñas imperfecciones en la construcción, falta de homogeneidad en el
material empleado o la propia deflexión causada por el peso de los componentes
vinculados sobre el eje, se produce siempre una deflexión entre el centro de masa y el eje
de rotación, que por pequeña que sea puede convertir al eje en un elemento
dinámicamente inestable, produciendo a ciertas velocidades flechas excesivas y
peligrosas.
Por lo que, a medida que se va incrementando la velocidad angular de la flecha, las masas
o vínculos montados sobre la flecha ven incrementada su energía cinética. Cuando esta
energía cinética iguala a la energía potencial de la flecha causada por la deflexión de las
masas montadas sobre la misma, la flecha puede empezar a vibrar con violencia. La
velocidad angular a la que se produce este fenómeno, se denomina velocidad crítica de la
flecha.
La determinación de su valor es de fundamental importancia, para evitar trabajar en rangos
de velocidad angular muy próximos a la misma, puesto que esto resulta cuanto menos
peligroso. Se recomienda trabajar con valores un 25% por debajo o por encima de la
velocidad crítica.
3) ¿Qué diferencia pueden establecerse entre un árbol y un eje? ¿Cuáles son las cargas
que soportan y de qué material se fabrican?
Un eje es un elemento de máquina que sirve principalmente como soporte de otros
elementos de máquina giratorios. Los ejes pueden ser inmóviles respecto a los elementos
montados sobre el mismo o bien pueden girar solidariamente con el. En un eje predomina
la flexión por sobre la transmisión de torsión.
Mientras que un árbol es un elemento de máquina que gira solidariamente con los
elementos montados sobre él. Aunque también sirve de soporte para los elementos
montados sobre él, estos suelen ser mucho más livianos que los que soporta un eje. El
objetivo del árbol es transmitir potencia por torsión.
Las cargas que soportan, dependiendo la situación, los árboles o ejes pueden ser: de
torsión (debido al giro de los elementos), de flexión (debido al peso de los elementos), de
pandeo (cuando se trata de árboles o ejes muy largos con pequeño diámetro) u otras
(tracción, compresión, etc).
Con el fin de minimizar la flexión se emplea acero en la fabricación de árboles o ejes,
debido a su elevado módulo de elasticidad. Cuando el destino es un ambiente corrosivo,
se recurre al acero inoxidable o al bronce.
Los ejes suelen fabricarse de acero de bajo medio contenido de carbono, pero cuando se
requiere mayor tenacidad y resistencia a impactos, se los fabrica de acero de aleación.
Cuando se requiera, es posible aumentar la dureza por medio de tratamientos
superficiales, los cuales pueden ser térmicos o mecánicos.
4) ¿Cómo se clasifican los árboles de acuerdo a su configuración longitudinal?
Según su configuración longitudinal se clasifican en:
● Rectos: los más comunes; son aquellos que presentan simetría respecto a su eje
longitudinal. A su vez, se pueden subclasificar en macizos, huecos, escalonados y
de sección transversal constante, siendo este último el más simple desde el punto
de vista tecnológico y el más barato.
● Acodados: son aquellos que se emplean para convertir el movimiento de rotación
en movimiento de traslación o viceversa, siendo un ejemplo común el cigüeñal.
● Flexibles: son aquellos que presentan un eje geométrico de forma variable y
permiten la transmisión de movimiento entre dos puntos. Están formados por una
serie de capas de alambre enrollados en forma de hélice una sobre la otra,
encerrando una cubierta flexible.
● Telescópicos: permiten aumentar o disminuir la longitud.
TEMA 9: COJINETES.
1) ¿Qué son la vida y las capacidades de carga dinamica y estatica de un cojinete de
rodamiento? ¿Con qué expresiones se calculan y cuál es su importancia?
Se define “L” (vida probable) como el número de revoluciones o número de horas de
trabajo que para una dada velocidad de rotación, será alcanzara por el 90% de
rodamientos, osea que solo el 10% de rodamientos fallan antes de alcanzar el valor de “L”.
La capacidad de carga dinámica es la carga que un cojinete puede soportar durante un
millón de revoluciones con el 90% de probabilidad que alcance o sobrepase, es decir, es
la carga con la que el cojinete puede tener una vida útil de un millón de revoluciones.
La capacidad de carga estática es la carga que actúa sobre un cojinete que no gira. Es la
carga que un cojinete puede soportar sin presentar deformación permanente alguna en
ningún componente. Si esta es excedida los elementos giratorios pueden dañar las pistas,
causando la falla del cojinete.
Las expresiones para el cálculo son:
L = (C/P)^a C=Pd*(fL/fN) fL= 0.126*(L(hr))^1/3 fN=(33.3/n(rpm))^1/3
Siendo C: capacidad de carga dinámica; P: carga aplicada; L: vida probable; Pd: carga de
diseño; fL: factor de vida en millones de revoluciones; fN: factor de vida en horas; a:
coeficiente que depende del tipo de cojinete.
La expresión de la forma de vida, nos permite determinar la vida cuando los cojinetes son
sometidos a cualquier valor de P, ya que C (o los parámetros de C) se encuentran
tabulados y es función de las características del cojinete.
Mientras que la expresión de la capacidad de carga dinámica nos permite calcular la misma
para los valores deseados de velocidad de giro o vida útil.
2) Ventajas y desventajas de los cojinetes de rodamiento, ¿cuáles son sus partes
principales y como es el funcionamiento del mismo?
Ventajas:
● Las pérdidas de energía por roce son pequeñas desde el inicio del movimiento, por
lo que su uso es conveniente para altas velocidades.
● Poseen un menor consumo de lubricante.
● No sufren por los cambios en la viscosidad del lubricante.
● Para un determinado diámetro del eje, ocupan menos espacio axial y mayor espacio
diametral.
● Pueden soportar cargas radiales y de empuje combinadas.
● El rozamiento inicial y el de funcionamiento normal no difieren mucho, por lo que
el coeficiente de roce varía poco con la velocidad, haciéndolos adecuados para
máquinas que paran y arrancan frecuentemente.
Desventajas:
● Pueden fallar por fatiga.
● Poseen escasa amortiguación, por lo que pueden transmitir vibraciones.
● Son de costo relativamente alto.
● Se ven más perjudicados por partículas extrañas que los cojinetes de
deslizamiento.
● Poseen menor capacidad para soportar sobrecargas e impactos que los cojinetes
de deslizamiento.
● Son más ruidosos en operación.
Sus principales partes son: aros o anillos con sus correspondientes pistas, bolas o
rodillos y separador o jaula.
Sus dimensiones son: diámetro exterior e interior y ancho.
El cojinete se encuentra dentro de una carcasa. La pista de rodamiento externa es fija y se
sostiene por la carcasa, mientras que la pista interna es presionada con el eje y gira con
él, por lo que las bolas giran entre el anillo interno y el externo. De este modo la trayectoria
de la carga soportada es desde el eje hacia la pista interior, luego las bolas, la pista exterior
y finalmente la carcasa. Las presencias de las bolas permiten un giro más suave de muy
baja fricción.
3) Señale por lo menos 4 ventajas (o características importantes) y 4 desventajas (o
limitaciones) de los cojinetes de rodamiento, en comparación con los cojinetes de
deslizamiento.
Ventajas:
●
●
●
●
Pueden soportar cargas radiales y de empuje combinadas, en cambio los cojinetes
de deslizamiento solo pueden soportarlas de forma individual, debiéndose usar uno
para cada caso.
Es posible detectar el inicio de una falla por el ruido, mientras que en un cojinete
de deslizamiento la falla es repentina y sin ningún aviso sonoro.
Pueden emplearse en cualquier posición espacial y se intercambian se forma más
fácil que los un cojinete de deslizamiento.
No sufren por los cambios en la viscosidad del lubricante y las interrupciones del
mismo, en cambio la eficacia del cojinete de deslizamiento depende exclusivamente
del sistema de lubricación.
Desventajas:
● Tiene una duración limitada, en cambio un cojinete de deslizamiento con un
mantenimiento adecuado puede usarse por tiempo indefinido.
● Se ven más perjudicados por partículas extrañas que los cojinetes de
deslizamiento.
● Poseen menor capacidad para soportar sobrecargas e impactos que los cojinetes
de deslizamiento.
● Los cojinetes de deslizamiento permiten realizar ajustes o reparaciones, y su
construcción es más sencilla.
4) Según el tipo de carga que soportan los cojinetes, ¿cómo se clasifican los mismos?
Según el tipo de carga que soportan, se clasifican en:
● Radiales: cuando la carga soportada por el cojinete se encuentra en el sentido
normal al eje de rotación del árbol. La fuerza actúa en dirección radial hacia el
centro del cojinete.
● Axiales: la carga actúa en una dirección paralela al eje de rotación. Ocurre en
engranajes cónicos y cojinetes que soportan elementos verticales.
● Mixtos: la carga que soportan es una carga combinada, ya que posee tanto una
componente en la dirección axial como radial.
TEMA 10: ENGRANAJES.
1) Indique qué tipos de engranajes se emplean para realizar la transmisión entre:
i) Ejes que cortan.
ii) Ejes que se cruzan en distintos planos en el espacio.
iii) Ejes paralelos.
i) Si los ejes se cortan, para lograr la transmisión entre los mismos se pueden emplear:
engranajes cónicos de dientes rectos o de dientes helicoidales.
ii) Si los ejes se cruzan en distintos planos en el espacio, la transmisión entre los mismos
se puede lograr mediante: engranajes hiperbólicos con ruedas cilíndricas de dientes
helicoidales o con ruedas cónicas de dientes helicoidales, así como también mediante un
engranaje de tornillo sin fin (con rueda cóncava).
iii) Si los ejes son paralelos, la transmisión entre ellos se puede lograr mediante:
engranajes cilíndricos de dientes rectos o de dientes helicoidales.
2) ¿Cuál es el ángulo de presión de un engranaje cilíndrico recto y que determina el
mismo?
El ángulo de presión es el que se forma entre la tangente a los círculos del paso y la
perpendicular a la línea del centro.
El ángulo de presión establece la relación entre el círculo de paso y el círculo base, y la
forma real de los dientes depende de este ángulo. La línea tangente a los círculos de base
se denomina línea de presión y representa la dirección en la que actúa la fuerza resultante
entre los engranes, que se transfiere de los dientes de la rueda impulsora a la rueda
impulsada. La diferencia entre los dientes se debe a los distintos ángulos de presión. El
tamaño del círculo base estará determinado por el ángulo de presión mediante la siguiente
relación:
Db = Dp * cos(φ)
Db: diámetro del círculo base.
Dp: diámetro del círculo de paso
Hay tres tipos de angulos de presion φ:
3) ¿Qué es un tren de engranaje y cuándo es conveniente su utilización? ¿Cuáles son sus
aplicaciones?
Un tren de engranaje es cualquier conjunto de dos o más engranajes acoplados. Un par
de engranajes es la forma más simple de un tren, y se encuentra limitado por una relación
de velocidades de 10:1, ya que más allá de este valor uno de los engranajes se hará muy
grande y voluminoso.
Por lo tanto, cuando la relación de velocidades excede el valor de 10/1 o se quiere cambiar
el sentido de rotación,es conveniente hacer uso de trenes de engranajes para resolver
estos inconvenientes. Los mismos están constituidos por una rueda inicial, intermedias y
una final.
Se emplean comúnmente para:
● Transmitir el movimiento entre dos ruedas muy separadas.
● Variar el sentido de rotación entre 2 árboles.
● Transmitir una relación de velocidades elevada entre dos árboles i>10:1
● Combinar ruedas standard
● Transmitir una relación de velocidades inconmensurable.
4) ¿A qué se denomina paso circular, paso diametral y módulo de un engranaje cilíndrico
recto?
Paso circular:
● es la longitud del arco a lo largo del círculo de paso medido desde un punto del
diente hasta el siguiente.
● Se puede calcular como Pc = (π*D)/z
● Define el tamaño de un diente, ya que el tamaño del diente aumenta conforme
aumenta el paso circular, puesto que hay un mayor paso circular para el mismo
número de dientes.
Paso diametral:
● Es el número de dientes por pulgada de diámetro de paso.
● Se puede calcular como: Pd = z/D
● Define el tamaño relativo de un diente, debido a que para un paso diametral
determinado, si el valor del paso diametral es bajo, implica que se tiene un
engranaje con dientes más altos y en menor cantidad; mientras que un alto valor
de paso diametral implica mayor cantidad de dientes y más cortos.
Módulo:
● Es la inversa del paso diametral, expresado en milímetros.
● Se puede calcular como: M = D/z = 1/Pd
● Señala el índice del tamaño de un diente.
TEMA 11: EMBRAGUES Y FRENOS.
1) Describa el funcionamiento de un freno de zapata corta que gira en sentido antihorario,
indicando las fuerzas que actúan y la expresión de la fuerza de accionamiento. El citado
freno, ¿es autoenergizante o desenergizante?
Un freno de zapata corta se denomina así debido a las dimensiones pequeñas que
presenta la zapata con respecto al diámetro del tambor, lo que permite considerar que la
fuerza de rozamiento está concentrada en un punto. Dicha fuerza es tangencial al tambor
en el punto de contacto, presentando por lo tanto un funcionamiento de tambor giratorio,
donde la fuerza F actúa sobre la palanca, que a su vez gira sobre el perno A, causando
así una fuerza normal entre la zapata y el tambor rotatorio. Además, se considera que el
freno es de zapata corta si la distribución de la presión es constante a lo largo de la
zapata, y esto es si el ángulo de contacto entre el tambor y la zapata es de 45°.
El citado freno es autoenergizante para una rotación antihorario, debido a que el momento
de fricción asiste al momento de accionamiento, es decir que una vez aplicada la fuerza F,
la fricción en la zapata ayuda a aumentar el par de torsión del freno.
2) ¿Qué es un embrague y que es un freno? Mencione sus características principales y con
qué materiales se construyen.
El embrague y el freno son los elementos de máquina más frecuentemente usados para
controlar el movimiento. Cualquiera de los dos permite la desconexión ya sea por fricción
magnética u otro método, de dos elementos de máquina.
Un embrague es un dispositivo usado para conectar o desconectar un componente
impulsado con el impulsor del sistema. Básicamente, permite el acople y desacople
gradual de dos elementos que giran alrededor de un eje común.
Un freno es un dispositivo de características similares a los embragues, con la excepción
de que uno de los componentes a acoplar se encuentra fijo. Se emplea para detener un
sistema en movimiento o para disminuir su velocidad hasta un valor deseado.
Los frenos y los embragues son elementos de máquina que le dan utilidad a la fricción. El
embrague debe proporcionar un incremento gradual de la velocidad angular del eje
impulsado y cuando los dos elementos giran a la misma velocidad debe actuar como
acoplamiento sin deslizamiento ni pérdida de velocidad. La función específica del freno es
primero llevar al reposo a un sistema en movimiento y segundo, bajar o controlar la
velocidad a un valor determinado.
El material de construcción se debe caracterizar por tener:
● Coeficiente de fricción alto y uniforme.
● Resistencia a altas temperaturas.
● Buena conductividad térmica.
● Alta resistencia al desgaste, al rayado o raspado.
En la actualidad se emplean compuestos moldeados (polímero y hule), metal sinterizado
o Fe fundido.
3) Describa el funcionamiento del embrague de disco o placa bajo hipótesis de presión
uniforme.
En el embrague de disco o placa uno de los discos (placa impulsada) posee un
recubrimiento para soportar una elevada fricción. Cuando se aplica una fuerza axial F, esto
genera la fuerza de fricción necesaria para crear el par de torsión.
En realidad no es aplicable ni la teoría de presión uniforme ni desgaste uniforme, sino que
estos son irregulares a lo largo de toda la superficie de la placa.
Considerando válida la hipótesis de presión uniforme: si los discos son flexibles la presión
entre la superficie de embrague llega a acercarse a una distribución uniforme de la presión
y en estos casos el desgaste de los discos será mayor en los diámetros más grandes,
debido a que el desgaste se define como el producto entre la velocidad tangencial y la
presión, y la velocidad aumenta linealmente en función del radio.
Desgaste = Velocidad tangencial x Presion
La fuerza axial total cuando la teoría de presión uniforme es válida se calcula como:
F = π * P * (r0^2 - ri^2)
El par de torsión para un disco del embrague se calcula como:
T = μ * F * (2/3) * (r0^3 - ri^3)/(r0^2 - ri^2)
TEMA 12: CORREAS.
1) Considerando la relación entre las tensiones en los ramales tenso y floja en una correa,
explique de qué manera se puede aumentar el ángulo de abrace de la polea motora, si el
coeficiente de roce permanece constante, ¿Por qué conviene hacerlo?
Teniendo en cuenta que la relación entre la tensión en el ramal tenso y flojo para una correa
plana es la siguiente:
(F1-Fc)/(F2-Fc)=e^(α*μ)
Además, la fuerza tangencial se puede calcular como: Fr = (F1-F2)
Siendo:
● F1: fuerza en el ramal tenso.
● F2: fuerza en el ramal flojo.
● Fc: fuerza centrífuga.
● α: ángulo de abrace en radianes.
● μ: coeficiente de roce.
Si la velocidad tangencial es baja, se puede despreciar obteniendo: (F1/F2) = e^(α*μ).
En ángulo de abrace se puede aumentar de varias formas:
● Aumentando la distancia entre los centros (c), se logra aumentar α.
● Colocando un rodillo tensor cerca de la polea.
● Colocando los ejes de forma horizontal y haciendo que el ramal inferior sea tenso
y el superior el flojo. El propio peso del ramal flojo aumenta α.
● Usando correas cruzadas.
Al aumentar el ángulo de abrace, logró aumentar la relación entre tensiones, es decir que
F1 es cada vez más grande que F2, y teniendo en cuenta que Fr es la razón de la
transferencia de energía, mientras más grande sea la diferencia (F1-F2), mayor será el par
de torsión y mas energia sera transmitida. Se produce rápidamente el arrastre de la polea
conducida.
2) “Las correas en V tienen un mayor coeficiente de rozamiento que las planas” V o F.
Verdadero.
Por su forma trapezoidal logra encajar en la acanaladura con mayor profundidad,
ejerciendo un efecto de cuña, a diferencia de la plana que solo es superficial, logrando así
mejorar la adherencia y favorecer la transmisión, es decir, se logra un mayor coeficiente
de roce. Se logra así aumentar el coeficiente de roce más allá de la limitación que posee
una correa plana. Esto se produce debido a la aparición de fuerzas laterales simétricas,
perpendiculares a las caras laterales de la correa, logrando una mayor adherencia para
transmitir grandes potencias sin resbalamiento.
La fuerza de fricción para una correa plana se calcula como: Fr = μ * N
La fuerza de fricción para una correa trapezoidal se calcula como: Fr = (μ * N) / sen (β)
donde 2 * β es el ángulo de la garganta
3) Indique las aplicaciones, ventajas y desventajas de las transmisiones usando correas
trapezoidales.
Aplicaciones:
● Para transmitir potencias muy elevadas.
● Cuando necesito aumentar el coeficiente de roce fuera de los límites alcanzados
por las correas planas, ya sea porque la distancia entre centros es muy pequeña o
la relación de transmisión es muy pequeña.
Ventajas:
● Poseen mayor adherencia a las poleas, lo que permite trabajar con relaciones de
transmisión más grandes que 10/1 y con distancias entre centros más reducidas,
siendo que el diámetro de las poleas lo permiten.
● No requieren uniones, pueden funcionar con una pequeña desalineación de las
poleas, aunque se debe evitar.
● Son silenciosas y seguras en marcha.
● Permite transmitir momentos de magnitudes considerables y como su costo es
relativamente bajo, se potencia la salida de un sistema de correas en V se puede
incrementar operando varias correas en paralelo.
Desventajas:
● Por su elevado peso, la fuerza centrífuga limita la velocidad y su gran altura les
impide ser enrolladas sobre poleas de diámetro pequeño.
● Necesitan de dispositivos que permitan el recambio y ajuste de las correas. En el
caso de operar con correas múltiples, si se corta una deben cambiarse todas, ya
que las nuevas no han sufrido deformación permanente por lo que son más cortas
y trabajan sobrecargadas, reduciendo así la vida útil.
4) Indique las características principales, ventajas y desventajas de una cadena.
Características:
● Son elementos de transmisión de energía.
● Los mecanismos de cadena son aquellos encargados de transmitir un movimiento
de rotación entre dos árboles paralelos por medio del empuje que se genera entre
los dientes de las ruedas y los eslabones de la cadena.
● El mecanismo consta de dos ruedas dentadas de cadena y un miembro deformable,
que es la cadena, que puede estar formada por una serie de eslabones rígidos que
pueden tener un giro relativo entre ellos.
● El diseño de las cadenas es flexible y permite la transmisión de considerables
fuerzas de tracción.
Ventajas:
● Transmiten potencia a una considerable distancia entre centros.
● Poseen un alto rendimiento, cercano al 98 %.
● Posibilitan la transmisión de rotación a varios árboles con una misma cadena.
Desventajas:
● Son de un costo relativamente alto.
●
●
Requieren un montaje y mantenimiento minucioso. Requieren lubricación.
La marcha de una transmisión por cadena es irregular.
5) ¿Por qué razón es conveniente limitar la cantidad mínima de dientes en la rueda menor
de una transmisión por cadenas?
Considerando el efecto polígono, el cual equivale a comparar una cadena con una correa
montada sobre una polea prismática, de donde se obtiene que:
La velocidad máxima se define como: Vmax = r * w
Mientras que la velocidad mínima será: Vmin = R * cos (180°/z) *w
Por lo que a medida que disminuye el número de dientes (z), mayor es la variación entre
la velocidad tangencial máxima y mínima, lo que implica que el desgaste será mayor,
mayor pérdida de potencia y ruido en la transmisión. Por lo tanto, me conviene que las
ruedas tengan un elevado número de dientes, minimizando la variación entre Vmax y Vmin.
Sin embargo, más dientes implica que las ruedas serán más caras, por lo que se debe
buscar un punto de equilibrio económico y funcional. Por esta razón se recomienda limitar
el número mínimo de dientes de la rueda menor a un valor entre 20-40 dientes y la rueda
mayor entre 120-140 dientes. El número mínimo de dientes depende del tipo de cadena y
de la relación de transmisión.
TEMA 13: RESORTES.
1) Defina resorte y mencione sus principales aplicaciones. Menciona los posibles extremos
que puede tener un resorte.
El resorte es un elemento elástico que, bajo la aplicación de una carga, se deforma
considerablemente, acumulando energía mecánica, que devuelve en forma de
trabajo al dejar actuar la fuerza. Son elementos flexibles que se utilizan para ejercer
una fuerza o un par de torsión y al mismo tiempo almacenar energía.
Sus aplicaciones son:
●
●
●
●
●
Almacenar y regresar energía (cuerdas de reloj).
Aislar vibraciones (autos).
Indicar y/o controlar una carga(bascula).
Regresar o desplazar un componente (pedal del freno).
Aplicar y mantener una fuerza definida (Calibres).
Los cuatro tipos de extremos usados en los resortes de compresión helicoidal:
●
●
●
●
SIMPLE: Se corta el extremo.
SIMPLE Y RECTIFICADO: Se corta y se deja recto, cosa que mejora la
aplicación de la carga.
CUADRADO: Se cuadran los extremos ( se eliminan los ángulos de los
extremos).
CUADRADO Y RECTIFICADO: Se cuadra y se esmerila (cuadrar es que se
elimina el ángulo y esmerilar es que se corta).
2) ¿Cuales son las longitudes que puede asumir un resorte de compresión helicoidal?
Los resortes de compresión helicoidal se fabrican de un alambre redondo enrollado de
forma cilíndrica recta, con un espaciamiento o paso que se forma entre bobinas
constantes.
3) V o F “La importancia que tiene los tipos de extremos usados en un resorte de
compresión helicoidal, se basa en la dificultad de fabricarlos”
En la práctica, las espiras extremas producen una aplicación excéntrica de la carga,
incrementado así el esfuerzo de un lado del resorte, siendo este un efecto muy importante a
tener en cuenta sobre todo el número de espiras es pequeño. Teniendo esto en cuenta, el uso
de un resorte simple no permite una buena alineación o asiento con la superficie, por lo que una
modificación para solventar este problema sería el uso de extremos de resorte simple y
rectificado, el cual es esmerilado y se corta, quedando asi planas y perpendiculares al eje del
resorte, logrando un mejor asiento con la superficie. Otra opción sería emplear extremos
cuadrados, donde las espiras extremas son dobladas, eliminando así el paso y el ángulo,
logrando una mejor alineación. También está la opción de extremos cuadrados y rectificados.
Por lo tanto, la importancia del tipo de extremos usados en un resorte de compresión
helicoidal reside en lograr que la carga se distribuya correctamente en todo el resorte. El uso de
los distintos extremos permite obtener un mayor rendimiento, ya que el asiento con la
superficie será más efectivo.
Plussss:
1) Que es la fatiga de un material, como puede evaluarse y cuál es su importancia.
Si a un material se le aplica un esfuerzo elástico se puede predecir a qué tensión se va a
romper, pero si el mismo material se lo somete al mismo esfuerzo de forma repetitiva o cíclica,
falla a una tensión mucho menor que si hubiera estado aplicado un esfuerzo estático. Estas
fallas que ocurren bajo esfuerzos cíclicos reciben el nombre de “falla de fatiga”. Los elementos
que están sometidos son: árboles, ejes y engranajes.
Esta prueba se realiza mediante una viga en voladizo rotatoria, el cual consta de un
motor que está conectado a una probeta mediante un mandril y sometido a un esfuerzo en el
otro extremo mediante un cojinete. Esta probeta está sometida a tensión cuando no está
girando (en la parte superior hay tracción y en la inferior compresión).
Cuando hace un giro de 90° la parte sujeta a tracción y compresión no está sometida a
ningún esfuerzo y a 180° el material bajo tracción ahora va a estar bajo compresión y el que está
comprimido se va a traccionar y así sucesivamente. El esfuerzo en cualquier parte pasa de un
ciclo a otro sinusoidal completo. Después de suficientes ciclos la probeta puede fallar debido a
la fatiga. Se gráfica colocando en la ordenada el esfuerzo y en la abscisa el número de ciclos
necesario para la ruptura. Esta representación me permite estimar el número de ciclos que va a
durar para una determinada cara, ingresando a la gráfica correspondiente con la carga,
interceptando la curva del material correspondiente y saliendo hacia las abscisas determinando
así el número de ciclos necesarios para la ruptura.
La importancia radica en los cojinetes, porque para otros tipos de material se determina
el tiempo de duración, ya que el número de ciclos se puede pasar a horas de servicio, de forma
que se realice un mantenimiento preventivo. Facilita información como ser la tensión máxima
de fatiga:
Sigma max = 10.18 * L * P / d^3
Siendo Sigma max: la tensión máxima de fatiga
L: longitud de la probeta.
d; diámetro de la probeta.
P: carga.
La tensión máxima es aproximadamente la mitad de la tensión máxima de tracción.
Tornillo ----> página 141 y 142 cartilla
Zonas peligrosas ----> 157 cartilla