SO LU ÇÕ ES SO N ELA STIC®

Volume 1, edição 1
11/03/2011
Soluções Sonelastic®
S
módulo de Young, también se puede calcular el
onelastic® es una línea de soluciones en
instrumentación
Ingeniería
destructiva
desarrollada
Física,
de
para
los
por
la
la
ATCP–
naturales
no
decremento logarítmico de la amplitud de vibración
elásticos
del
para cada modo de vibración.
módulos
de
y
vibración
obtenidas
mediante la técnica de excitación por impulso. En
esta técnica la muestra sufre un ligero impacto de
corta duración provocando una respuesta acústica
compuesta por una o más frecuencias naturales de
SOLUÇÕES SONELASTIC®
vibración, a partir de las cuales es calculado el
ATCP—ENGENHARIA FÍSICA
El amortiguamiento es calculado a partir del
caracterización
amortiguamiento de materiales a partir de las
frecuencias
módulo de cizallamiento y el coeficiente de Poisson.
El Sonelastic® atiende las Normas ASTM E 1876,
C215 y correlacionadas. Sus elementos y accesorios
posibilitan la caracterización en función del tiempo,
tanto en temperatura ambiente como para altas y
bajas temperaturas, siendo adecuado para una amplia
gama de materiales.
Caracterización nonodestructiva de los
Módulos Elásticos y del
Amortiguamiento.
Tecnologías Sonelastic®
El Sonelastic® posee dos tecnologías para la
caracterización de los Módulos Elásticos y el
Amortiguamiento, ellas son:
• PC-Based: en esta tecnología un software realiza
el procesamiento de la señal. Permite mediciones
múltiples en función del tiempo y salva/exporta
resultados en formatos amigables. Es especialmente
aplicable en investigaciones y en el control avanzado
de la calidad.
• Stand Alone: en esta tecnología el software se
encuentra integrado a un hardware. Es aplicable en la
industria y en casos donde la vinculación del sistema
de medida con un computador no sea conveniente o
deseada.
PC Based
Stand Alone
Ejemplos de caracterizciones con el Sonelastic®:
La ATCP ofrece diversos tipos de
soportes para cuerpos de pruebas y
acesorios que posibilitan mediciones
de diversos tipos de materiales y
dimensiones. Si las configuraciones
usuales no satisfacen sus necesidades,
desarrollamos items bajo demanda.
• Clasificación de maderas (vigas, traviesas de maderas
colada, chapa de partículas aglomeradas);
• Caracterización de concretos y materiales cementicios;
• Evaluación del daños por choque térmico en
concretos refractarios;
• Caracterización para simulaciones con biomateriales
(cerámicas a base de zirconia, cerámicas feldspáticas
y cementos resinosos).
Validación del Sonelastic® para la clasificación de maderas
L
a ATCP - Ingeniería Física realizó en el
Laboratorio de Maderas y Estructuras de Maderas
(LaMEM)* de la EESC-USP, en parcería con el
ingeniero Dr. Pedro Gutemberg y el Dr. Carlito
Calil Jr., una serie de ensayos para determinar los
módulo elásticos en maderas utilizando el
Sonelastic® Stand Alone, comprobó la
influencia del apoyo de las muestras y la
reproductibilidad del equipo. Los ensayos se
realizaron con vigas de Pinnus Oocarpa , de
Eucalipto Citriodora, chapas de partículas
aglomeradas y durmientes de madera colada.
En la Fig.1 se muestra un ejemplo con una viga
de prueba y en la Fig.2, un gráfico con los
resultados comparativos de los valores del
módulo de elasticidad obtenidos a partir de tres
formas diferentes: con el Sonelastic®, con el
equipo Metriguard (vibración transversal) y por
flexión estática. Los resultados muestran
coherencia entre los tres métodos de ensayo,
concluyendo por tanto, que el uso del
Sonelastic® es válido en la caracterización de los
módulos de elasticidad en materiales
anisotrópicos.
GPa
Figura 1. Ejemplo de una viga de Pinnus Oocarpa
siendo clasificada.
*Link: http://www.set.eesc.usp.br/lamem/ (LaMEM Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeiras).
Figura 2. Resultados comparativos de los módulos de
elasticidad obtenidos a partir de tres métodos
diferentes.
Con el Sonelastic® no es necesario
realizar calibraciones, ni utilizar un
soporte específico para muestras.
Un resumen con los resultados relacionados a la
influencia del punto de apoyo de una muestra y
de la reproductibilidad del Sonelastic® es
presentado en la sección siguiente; donde una
viga de Pinnus Oocarpa fue medida en diferentes
puntos de apoyo.
Especie
Módulo de elasticidad
Sonelastic® (GPa)
Pinnus Oocarpa
14,14 ± 2,26
Pinnus Oocarpa
colada
16,33 ± 2,14
Eucalipto Citriodora
17,74 ± 2,82
Tabla 1. Módulos de elasticidad, resultados
obtenidos de algunas especies clasificadas.
Influencia del apoyo de las muestras y reproductibilidade del Sonelastic®
La Fig. 3 muestra el inicio y el final de una
secuencia de ensayos con una viga apoyada en
dos bases metálicas que fueron desplazadas desde
las extremidades hasta el centro. Los resultados
presentaron una desviación estándar de apenas
0,1%.
En la Fig. 4 muestra el ensayo con la viga
apoyada directamente en el piso. Diferentes
puntos de apoyo también fueron testados y la
desviación estándar fue de apenas 0,15%.
Figura 4. Viga apoyada directamente en el piso.
Figura 3. Evaluación de la influencia del apoyo de
una muestra en las mediciones.
Partiendo de los resultados obtenidos en ambos
ensayos, se llega a la conclusión, que los puntos
de apoyos o la superficie donde la muestra esté
apoyada tienen una influencia insignificante en
los resultados.
La reproductibilidade del Sonelastic® fue medida
haciendo el teste 10 veces seguidas en una viga
apoyada en el centro, sin cambiar el punto de
apoyo o las condiciones mecánicas. Este tipo de
ensayo presentó una desviación estándar de
apenas 0,02% representando una alta
reproductibilidad.
Variable
Incertidumbre
(%)
Reproductibilidad Sonelastic®
± 0,02
Influencia del apoyo en la
medición
± 0,10
Influencia del apoyo directo y en
diferentes pisos
± 0,15
Tabela 2. Resumen de los resultados: influencia del
apoyo y reproductibilidad.
Ventajas de las Soluciones Sonelastic® en la caracterización de maderas
♦ Evaluado para madera natural, colada y
aglomerada.
- No necesita de soporte o posicionamiento
especial.
- Uso amigable y setup rápido (< 1 minuto),
no necesita de calibraciones.
- Caracteriza el módulo de elasticidad y el
amortiguamiento.
- Resultados precisos y reproductibles.
Figura 5. Ejemplo de durmiente de madera colada.
Página 2
- Ensayo no-destructivo y sin aplicación de
carga o flexión estática.
Figura 6. Ejemplo
aglomeradas.
de
chapa
de
partículas
S o luç õe s S on ela s t ic ®
Ensayo con concretos de alta resistencia (ARI)
L
os ensayos para determinar los módulos
elásticos y el amortiguamiento en concretos de
alta resistencia (ARI), fueron realizados en
parcería con el Laboratorio de Ingeniería de
Estructuras* de la EESC-USP, en el contexto de
la tesis doctoral del ingeniero Hidelbrando
Diógenes, orientado por la Profesora Dra. Ana
Lúcia H. C. El Debs y con la supervisión del
Prof. Mounir K. El Debs.
Los resultados obtenidos de los módulos de
elasticidad, con ambos sistemas fueron
equivalentes: 41,72 ± 0,53 GPa para las muestras
cilíndricas y de 44,01 ± 0,32 GPa para las
muestras prismáticas, empleándose el dispositivo
experimental, y 41,41 ± 0,38 GPa e 43,28 ± 0,25
GP respectivamente empleándose el Sonelastic®
PC Based. Partiendo de la coherencia en los
resultados podemos afirmar que los ensayos
fueron exitosos e indicararon la efectividad del
uso de las Soluciones Sonelastic® en la
caracterización no-destructiva de los módulos
elásticos y del amortiguamiento en muestras de
concreto.
El Sonelastic® utiliza un micrófono
para capturar la señal eliminando la
fijación de acelerómetros.
Es importante resaltar que al emplear las
Soluciones Sonelastic® no es necesario fijar
ningún acelerómetro al concreto o emplear
dispositivos especiales para excitar el cuerpo de
prueba, lo que facilita y reduce el tiempo de la
caracterización.
Figura 8. Ilustración del ensayo con una muestra
cilíndrica.
Se analizaron muestras en formas de prismas y
cilíndros y los resultados obtenidos con el
Sonelastic® PC Based fueron comparados con
el ensayo dinámico usualmente realizado por el
Laboratorio de Estructuras, con un sistema de
adquisición ACE de la Dataphysics.
Figura 7. Resumen de los resultados obtenidos para el
módulo de elasticidade en muestras cilíndricas, vía
Sonelastic®, vía ensayo dinámico con acelerómetro y
vía ensayo estático.
Muestra
Módulo de elasticidad
Sonelastic® (GPa)
Concreto ARI
(cilíndrico)
41,41 ± 0,38
Concreto ARI
(prismático)
43,28 ± 0,25
Concreto común
16,71 ± 0,03
Tabela 3. Resultados obtenidos para el módulo de
elasticidad de las muestras caracterizadas.
*Link:
http://www.set.eesc.usp.br/labestr/
Estudio del daño por choque térmico
L
a resistencia al daño por choque térmico es
una característica importante de los concretos
refractarios, ya que determina el desempeño y la
vida útil de estos materiales en varias aplicaciones.
El empleo de técnicas más sensibles y no-
destructivas para la evaluación del daño es muy
conveniente por facilitar el control de la calidad
de estos materiales, y por colaborar con el avance
del conocimiento relacionado con las alteraciones
microestructurales que ocurren en el material
dañado.
El Sonelastic® permite el estudio de la variación del
módulo de Young y el amortiguamiento en función
de la temperatura.
Pensando en esto la ATCP desarrolló con el
Grupo de Ingeniería de Microestructura de
Materiais (GEMM) el Sonelastic® para
refractarios a través de cooperaciones
estabelecida con el Prof. Dr. José Anchieta
Rodrigues. El horno instrumentado de la Fig. 9
fue desarrollado para la caracterización de los
módulos elásticos y del amortiguamiento en
función de la temperatura hasta 1.150 °C.
La ATCP dispone de otros hornos bajo
encomienda para mediciones a temperaturas
superiores y/o atmósfera controlada y también se
hacen adecuaciones bajo demanda.
32
Aquecimento
Resfriamento
28
E (GPa)
24
20
16
12
0
Figura 9. Horno
instrumentado
para
caracterizaciones en función de la temperatura.
100
200
300
400
500
600
Temperatura (°C)
Figura 10. Módulo de Young (E) vs temperatura.
Caracterização de biomateriais
L
a ATCP y la Faculdad de Odontologia de la
UNESP (FOSJC)* realizaron la caracterización
no destructiva del Módulo de Young y del
coeficiente de Poisson en cerámicas a base de
zirconia (Y-TZP), cerámicas feldspáticas y
cementos resinosos, materiales utilizados en
restauraciones dentarias. El ensayo hace parte del
trabajo de maestrado de los cirujanos dentistas
Sabrina Feitosa y Pedro Corazza, orientandos por
los Profesores Dr. Marco Antonio Bottino y Dr.
Álvaro Della Bona, respectivamente.
En la Fig. 11 tenemos una simulación por el
Método de Elementos Finitos (FEM) de la
distribución de tensiones en un diente pré-molar
superior restaurado con una incrustación de
cerámica. Para la realización de este tipo de
simulación es importante la caracterización del
Módulo de Young y del coeficiente de Poisson,
donde las Soluciones Sonelastic® son
empleadas. El éxito de este trabajo demostró la
aplicabilidad del Sonelastic® en la caracterización
no-destructiva de biomateriales usados en la
odontología. *Link: http://www.fosjc.unesp.br/(Pós-
Figura 11. Análisis por el Método de los Elementos
Finitos (FEM
Graduação em Odontologia Restauradora).
Volume 1, edição 1
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Caracterizaciones demostrativas
Descubra si nuestra tecnología es adecuada para su
investigación, envíe sus muestras para una
caracterización sin compromiso!
Prestación de servicios
La ATCP está hace11 años en el mercado y presta servicios de caracterización de los módulos elásticos dinámicos y del amortiguamiento
mediante la técnica de excitación por impulso de acuerdo con las Normas ASTM E 1876, C 215 y correlacionadas, tanto para temperatura
ambiente como en alta temperatura.
En temperatura ambiente
- Módulo de Young, módulo de cizallamiento.
- Coeficiente de Poisson.
- Amortiguamiento.
Maderas: cualquier dimensión, visto que no es necesario un soporte
específico para el cuerpo de prueba.
En alta temperatura
Geometrías y dimensiones*:
- Barras: longitud de 50 a 250 mm, ancho y espesor de 5 a 45 mm
- Cilindros: longitud de 100 a 400 mm y diámetro de 10 a 200 mm
- Placas: longitud y ancho de 50 a 400 mm
- Discos: diámetro de 50 a 400 mm
*Estas dimensiones son las más utilizadas, aunque los soportes se pueden
ajustar para caracterizar muestras con pocos milímetros o hasta con metros
de longitud.
- Amortiguamiento y módulos elásticos iniciales emn temperatura ambiente.
- Relación del módulo de Young y del amortiguamiento con la temperatura
y el tiempo.
Geometría: Barras.
Dimensiones: longitud 120 a 160 mm y ancho/espesor 10 a 40 mm
Intervalo de medida: hasta una medida por minuto.
Otras geometrías y dimensiones también son caracterizables, consúltenos.
ATCP—Ingeniería Física
Calle Monteiro Lobato, 1601
São Carlos - SP
CEP 13569-290
Brasil
Sonelastic® Stand Alone con soporte para pequeñas muetras.
Tel: 16-3307-7899
E-mail: [email protected]
E-mail: [email protected]
www.atcp.com.br