Fricción y desgaste
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Fricción y desgaste
La fricción se define en general como la resistencia que debe vencerse para establecer o mantener dos cuerpos en contacto en movimiento relativo. El coeficiente de fricción μ se calcula a partir de la fuerza normal N entre las superficies en contacto y la fuerza de fricción F que se opone a su movimiento: μ = F/N. En otras palabras, la fuerza de fricción es proporcional a la fuerza normal (primera ley de fricción). Esta fórmula es válida aproximadamente para metales; el coeficiente de fricción de los plásticos disminuye al aumentar la fuerza normal. Por lo tanto, las mediciones de fricción en plásticos deben emplear una serie graduada de fuerzas normales. El concepto de fricción a menudo se divide en fricción estática y dinámica, aunque la fricción perfectamente estática es imposible. El término fricción estática normalmente se refiere a la cantidad de fuerza requerida para inducir un movimiento relativo entre dos superficies en contacto; es decir, lo que se mide es la fuerza de rozamiento con movimiento muy lento. Fricción dinámica significa la fuerza que mantendrá un movimiento relativo, constante y perceptible entre las superficies en contacto. Por lo tanto, la velocidad juega un papel en la determinación de la fuerza de fricción, aunque para muchos materiales la fuerza de fricción cambia casi insignificantemente a medida que la velocidad relativa cambia en varias potencias de diez. Este hallazgo corresponde a la tercera ley de fricción. Para plásticos, sin embargo, no se sostiene perfectamente. La fuerza de fricción puede cambiar por un factor de tres o incluso cuatro cuando la velocidad varía en varias potencias de diez. Desafortunadamente, el efecto de la velocidad no puede separarse por completo del efecto de la temperatura, pero aún debe determinarse la dependencia de la velocidad para los plásticos. El calor producido en un contacto deslizante es aproximadamente proporcional al coeficiente de fricción, la velocidad de deslizamiento y la fuerza normal. En términos generales, el desgaste se refiere a todos los procesos abrasivos que involucran energía mecánica. Los mecanismos que gobiernan el desgaste son complejos e íntimamente interconectados (ver también ! Abrasión y Erosión). Para los plásticos, se ha acumulado relativamente poca experiencia con respecto a los efectos de varios parámetros. Se consideran probados los siguientes métodos: El desgaste en deslizamiento en seco contra un material granular se determina mediante la técnica de la rueda de fricción. Otro método mide el desgaste de los plásticos en deslizamiento seco contra un eje de acero giratorio. Esta técnica se utiliza para probar plásticos para cojinetes deslizantes, especialmente aquellos diseñados para funcionar en seco.
Para aproximar las condiciones en que un material debe comportarse en servicio, es necesario cierto número de procedimientos de ensayo. La relación, entre varios procedimientos de ensayo, se puede evidenciar mediante una clasificación ordenada de las condiciones de ensayo, los tipos principales de las cuales son:
- Aquellas relacionadas con la forma en que la carga es inducida
- Aquellas que tienen que ver con la condición del material o probeta misma en el momento del ensayo
- Aquellas relacionadas con la condición de los alrededores durante el progreso del ensayo, como en los estudios de exposición atmosférica
El método de aplicación de la carga es la base más común para designar o clasificar los ensayos mecánicos. Hay tres factores involucrados en la definición de la manera en que la carga es aplicada: la clase de esfuerzo inducido, la velocidad a la cual la carga se aplica y el número de veces que la carga es aplicada. En el ensayo mecánico de probetas preparadas hay cinco tipos primarios de cargas; según el dictado por la condición de esfuerzo a inducir: tensión, incluido, corte directo, torsión y flexión. Con respecto al ritmo según el cual se aplica, los ensayos pueden clasificarse en tres grupos. Es la carga es aplicada durante un período de tiempo relativamente corto, pero con lentitud suficiente para que pueda considerar que la rapidez del ensayo tiene un efecto prácticamente despreciable sobre los resultados, el ensayo se denominina estático. Yes la carga es aplicada muy rápidamente de mode que el efecto de la inercia y el factor tiempo queden involucrados, los ensayos se llaman dynámicos. Es la carga se sostiene durante un largo período, el ensayo se denomina de largo duración, de donde los ensayos de creep constituyen un caso especial. Con respecto al número de veces que la carga es aplicada, los ensayos pueden clasificarse en dos grupos: En el primer grupo, el cual incluye el mayor número de ensayos realizados, una sola aplicación de carga constituye el ensayo. En el segundo grupo, la carga si repite muchas veces, millones si es necesario.
Aspectos generales de la falla en los materiales
La falla puede considerarse como la alteración del comportamiento característico del acuerdo con alguna propiedad física básica. Por ejemplo, el es forzar o deformar un material más allá del límite elástico, es decir sin recuperación de su forma o longitud original. A nivel macroescalar la falla puede concebirse como el grado de deformación qué sea excesivo en relación con el desempeño aceptable de un miembro de alguna estructura o máquina. La falla puede ocurrir de tres maneras fundamentales: por deslizamiento o flujo, por separación, y por pandeo. El deslizamiento o flujo ocurre bajo la acción de esfuerzos cortantes. Esencialmente, los planos paralelos dentro de un elemento de un material si mueven (se deslizan o desplazan) en direcciones paralelas; la acción continua de esta manera, a un volumen constante y sin desintegración del material, si se llama creep, o flujo plástico. El deslizamiento puede terminar por ruptura cuando las fuerzas moleculares (o esfuerzos de escala similar) son rebasadas. Estos esfuerzos cortantes que provocan el deslizamiento son originados por cargas tensivas o comprivas, cargas torsionales o cargas flexionantes. La separación es una acción inducible por los esfuerzos tensivos. Si marca cuando el esfuerzo normal a un plano excede las fuerzas internas que aglutinan el material; la fisura por separación se denomina frecuentemente fractura por fisura. Los estados de esfuerzos que involucran esfuerzos tensivos suficientes para causar la fractura por fisura pueden ser inducidos por cargas diferentes de las primarys tensivas. El pandeo es un fenómeno de inclusión. Se puede inducir un defecto por pandeo mediante una carga diferente de la carga primaria que comprende; por ejemplo, la carga torsional de un tubo de pared delgada puede arrojar pandeo resultado por los esfuerzos comprivos inducidos; o en una viga de madera, bajo carga flexionante, la fuga puede comenzar por el pandeo localizado de las fibras de madera en la superficie y en la viga.
Tensión de los materiales
As fundamental part en la formación y en la vida laboral del ingeniero químico es de suma importancia que logre identar las propiedades mecánicas de los materiales que este debe empleen cualquier campo de su profesión, durante este capítulo se hablara de distinciones de estas propiedades mecánicas que desarrollmos de forma que se pueda dar una interpretación fácil del comportamiento del material comenzando con algunas definiciones.
Deformación y esfuerzo
Si se puede definir como deformación en el cambio de tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo (fuerzas externas) o en ocurrencia por dilatación. Esta deformación es función de las propiedades mecánicas del material. Por ejemplo, al extirar una liga this changes on longitud, un niño al aplastar on plastilina hace que esta cambia de forma. En ocasiones, mas en el campo de la ingeniería, existen procesos en los cuales los cuerpos ofrecen a deformarse muy poco que no se aprecia una vista simple, mas, sin embargo, estas deformaciones son de suma importancia a la hora de assign her a labor un material, un ejemplo muy práctico es la dilatación térmica de las vías de acero de los trenes, durante las temporadas de gran calor estas a dilatarse debido al exceso de calor, los ingenieros encargados deben hacer un cálculo de la deformación por dilatación que haz estas para saber el espacio que deben dejar entre ellas. Dentro de las deformaciones existen dos tipos que es de suma importancia su comprión ya que son unas de las propiedades más importantes de los materiales, estas son la deformación elástica y la deformación plástica. Su estado original al retirarle la fuerza que hacía que este se deformara . Por ejemplo, al estirar una liga como se mencionó antes, this changes on longitud, but al dejar de hacer este estiramiento esta regresa a su forma natural. o Deformación plástica: es aquella en el cual el material una vez deformado no puede regresar a su forma original, un ejemplo es cuando sometemos un plástico a distinciones de temperaturas, una vez dilatado este no podrá regresar a su estado natural. Todos los materiales presentan ambas propiedades, pero dependiendo de las propiedades del material estarán en el rango en el se logre apreciar el tipo de deformación, propiedades como la estructura atómica.
Esfuerzo
Si llama esfuerzo a la magnitud de las fuerzas internas que realiza un material para contrarrestar las fuerzas externas que actúan para deformarlo. Grabar la tercera ley de Newton que nos dice "A toda acción correspondiente una reacción igual o contraria" y aplicar el balance de fuerzas ∑ 𝐹 = 0 para que nuestro cuerpo de estudio (en nuestro caso el material a tratar) pueda permanecer en estado de reposo ya este se le aplique una fuerza, nuestro material debe “reaccionar” con una fuerza de igual magnitud. Este tipo de fuerza es el esfuerzo que debe hacer el material.
Tracción de los materiales
Si llama tracción al esfuerzo interno que realiza un material por la aplicación de dos fuerzas externas, que desea erradicarlo, esta propiedad nos es de vital importancia al momento de seleccionar nuestro material en una aplicación específica, ya que esta está implícita en la fuerza de tensión. Estos son los valores de las fuerzas distribuidas por unidad de área determinadas en cualquier parte interna del material. Debido a esto, la tracción se podría considerar como 𝐹/𝐴 y debería tener unidades de presión, como pascales, que es la unidad derivada estándar de medición de presión en el SWI.
Tensión
La tensión se puede definir como lo opuesto a la tracción , un cuerpo experimenta una tensión al ser alargado por cualquier punto en torno del material, la tracción al ser la magnitud que se opone a esta fuerza, y siguiendo la tercera ley de Newton, para que en todo punto siempre haya un balance de fuerza es Es necesario que el material realice un exfuerzo de la misma magnitud de la fuerza aplicada, en todos los casos podemos decir que la tensión es proporcional a la tracción. Por esta propiedad se puede decir que la tensión 𝜎 (con esta letra denotaremos la tensión) está dada por la fórmula 𝜎 = 𝐹/𝐴 en donde el área será el área transversal y siempre en la misma dirección en la que se está aplicando la fuerza. La tensión de un material tiene puntos distintivos de deformación.
Compresión
En general, cuando si agrega un material a un conjunto de fuerzas si produce la aparición de tensiones tanto de tracción como de incluido. En el material el esfuerzo de compresión puede ser simplemente la fuerza resultante que actúa
sobre una determinada sección transversal al eje en dirección de la fuerza aplicada a dicho
material, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección a este eje.
La diferencia clara entre la compresión y la tensión es que la compresión se aplican fuerzas
siempre hacia la parte central del material y tienden a acortar la longitud, a ocupar menos
espacio, en cambio, la tensión siempre son fuerzas aplicadas en sentido opuesto al material y
su longitud será más larga, ocupara más espacio.
Ensayo de tracción
Para los ingenieros en general es importancia la mediación de las propiedades de la infinita
gama de materiales utilizados en infinitos procesos industriales, estas propiedades siempre
nos dirán cuál es el mejor material a utilizar en una tarea asignada, conforme el avance de la
tecnología nuevos materiales salen a la luz, y con ellos competencia tanto en los mercados
como en sus implementos debido a distintos factores que la tarea del material pueda presentar
ante este.
En el ensayo de tracción, antes que nada se necesitan distintos materiales, el más importante
es una probeta (figura dx) la cual debe estar estandarizada, según la norma EN 10002.
Nuestra probeta debe tener una parte
rebajada en el centro, sección transversal
circular o rectangular 𝑆𝑜, y una longitud
calibrada 𝐿𝑐
, la cual consiste en tener
unas marcas para saber su longitud antes
de que sea deformada.