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Práctica 2: Cementación de Galgas Extensométricas
ITESM Campus Monterrey, Departamento de Ingeniería Mecánica, Laboratorio de
Mecánica de Materiales I
NOMBRE
MATRICULA
GRUPO DE LAB
PROFESOR
INSTRUCTOR
OBJETIVO
El
alumno
conocerá
el
funcionamiento y aplicación de las galgas
extensométricas.
Cementar una galga
extensométrica de tipo resistivo.
FUNDAMENTOS
La demanda siempre creciente para el
mejoramiento en el diseño de maquinaria y
estructuras llevó al desarrollo de varias
técnicas experimentales para determinar los
esfuerzos a los que éstos están sometidos.
Estos métodos experimentales son utilizados
para revisar las predicciones teóricas, y para
evaluar esfuerzos en situaciones en donde
resultan
muy
complicadas
las
aproximaciones matemáticas.
Los medidores de deformación se pueden
clasificar en cuatro clases de acuerdo a su
construcción:
Mecánicos,
Opticos,
Eléctricos y Acústicos.
Algunas de las características que se buscan
en la creación de estos aparatos son:
1. Ser capaces de medir con precisión los
esfuerzos bajo condiciones estáticas y
dinámicas.
2. Tamaño reducido, ligeros en peso y de
espesor despreciable, para permitir su
uso en lugares de difícil acceso.
3. Insensibles
a
los
cambios
de
temperatura, vibración, humedad y otras
condiciones ambientales.
4. De fácil instalación y operación.
5. Que proporcionen una señal amplia y
lineal como respuesta a la deformación.
6. Adaptables a la observación y registro
remotos.
7. Gran
estabilidad
e
histéresis
despreciable.
8. Económicos.
9. Seguros y exentos de fallas por
envejecimiento y fatiga.
Hasta ahora no se ha desarrollado un aparato
para medir esfuerzos con todas las
características que se desean, pero las galgas
extensométricas de resistencia eléctrica
están muy cerca de satisfacer todos estos
requerimientos. Esta es la razón por la cual
es el dispositivo más utilizado para el
análisis de esfuerzos o como sensores en
transductores diseñados para medir fuerza,
par, presión y aceleración.
Los tres aspectos básicos para la
construcción y desarrollo de galgas de
resistencia eléctrica son:
1
1. La resistencia de un conductor de
sección constante cambia como una
función de la deformación.
2. Cada material conductor tiene diferentes
sensibilidades.
3. Se puede medir con mucha precisión el
cambio de resistencia en un elemento
conductor.
La resistencia de un conductor de sección
uniforme está dada por:
L
R=ρ
A
donde:
R = Resistencia en Ohms (Ω).
L = Longitud del conductor.
A = Área transversal del conductor.
ρ = Resistividad (propiedad del material,
depende de la temperatura).
Si un alambre recto se estira elásticamente,
la longitud aumentará y la sección
transversal se reducirá por el efecto de
Poisson. De la ecuación se observa que
ambos efectos son aditivos y causan que la
resistencia aumente, permaneciendo la
resistividad constante.
El término “sensibilidad de elongación”
sirve para expresar el cambio de resistencia
de un conductor en relación con el cambio
de longitud que lo causa, es decir:
Sensibilidad de elongación = S A =
∆R / R
∆L / L
La sensibilidad de elongación de un
conductor metálico depende en gran parte de
las características de la aleación en
particular: trabajo en frío, nivel de
impurezas en la aleación y el rango de
deformaciones sobre el cual se mide.
Tabla 1
Sensibilidad a la deformación SA de
aleaciones comunes utilizadas en
galgas extensométricas. ‡
Composición,
SA
Material
%
Advance o
45 Ni, 55 Cu
2.1
Constantan
Nichrome V 80 Ni, 20 Cr
2.2
36 Ni, 8 Cr,
Isoelastic
3.6
0.5 Mo, 55.5
Fe
74 Ni, 20 Cr, 3
Karma
2.0
Al, 3 Fe
70 Fe, 20 Cr,
Armour D
2.0
10 Al
Alloy 479
92 Pt, 8 W
4.1
‡ Del libro Experimental Stress
Analysis, 3rd Ed. James W. Dally,
William F. Riley. McGraw Hill.
Dado que la relación de Poisson es
aproximadamente 0.3 para la mayoría de las
aleaciones usadas como conductores para
galgas, la sensibilidad de elongación será de
1.6 cuando sólo se considera el aspecto de
cambios dimensionales del conductor. Esto
significa que un incremento elástico de 0.1%
de longitud producirá un incremento de
0.16% de resistencia.
Figura 1. Galga extensométrica.
La definición de Sensibilidad de elongación
en una galga extensométrica se denomina
factor de galga (Sg), y es proporcionado por
el fabricante.
2
PROCEDIMIENTO.
Tabla
2
Factor de galga Sg, Sensibilidad axial Sa,
Sensibilidad transversal St, Factor de
sensibilidad
transversal
Kt
para
diferentes tipos de galgas. †‡
Tipo de
Sg
Sa
St
Kt
galga
EA-060.038
2.13
2.14
1.8
015CK5
120
EA-060.024
2.02
2.03
1.2
030TU4
120
WK-060.004
1.98
1.98
0.2
030TU0
350
WK-061.96
1.96 0.009
-0.5
062DY350
8
EA-062.09
2.09
0.0
0.0
500AF120
† Datos proporcionados por Measurements
Group, Inc. Los valores dependen del
lote de material.
‡ Del libro Experimental Stress Analysis,
3rd Ed. James W. Dally, William F.
Riley. McGraw Hill.
En resumen, las galgas extensométricas
pueden medir deformaciones unitarias,
mediante los cambios de resistencia
proporcionales a estás. Normalmente se
colocan sobre la superficie libre del
espécimen para medir el esfuerzo en ese
punto particular. En general es necesario
medir tres deformaciones en un punto para
definir completamente los campos de
esfuerzo y/o de deformación.
La necesidad de determinar tres cantidades,
para un mismo punto y al mismo tiempo,
motivó el diseño y la construcción de las
rosetas de galgas extensométricas. Las
rosetas son arreglos de tres galgas que se
montan simultáneamente sobre un punto de
la superficie del material.
1. Limpieza del espécimen: Quitar toda la
materia extraña (pintura, óxido, escoria,
etc.) de la superficie del espécimen
utilizando lijadora de disco, esmeril o
lima. para dejar la superficie lisa pero no
muy pulida. Se limpia la superficie de
grasas saturadas con un solvente como
acetona o alcohol. Se debe revisar si
existe alguna especificación adicional de
a cuerdo al adhesivo que se vaya a
utilizar, como la temperatura de la
superficie.
Figura 2. Modelos de galgas extensométricas y rosetas.
2. Preparación de la superficie: Se moja
una tira de lija de carburo de silicio
(400) en acondicionador de metal y con
ella se lija la superficie sin dejar secar la
lija. Los residuos se eliminan con papel
desechable en un sólo paso, en una sola
dirección y sentido.
Se repite la
operación una vez más con otra lija de
grado 400 y por último con otra lija de
grado 600.
Se marca la localización y orientación de
la galga con lápiz 4H. Por último se
hace una limpieza de la superficie
utilizando
neutralizador
con
los
aplicadores de algodón y sin dejar secar
el neutralizador, eliminar los residuos un
sólo paso, en una sola dirección y
sentido, utilizando papel desechable
3
3.
4.
5.
6.
limpio. Esta operación se repite hasta
que el aplicador de algodón quede
limpio.
Preparación de la galga: Colocar la
galga cara arriba (lado brillante para
arriba) en una superficie limpia
utilizando alcohol o acetona. Aplicar
cinta adhesiva sobre la galga, desprender
cuidadosamente a una inclinación de 30°
hacia el frente comenzando del lado
contrario a las terminales de la galga y
por último limpiar el reverso de la galga
con
un
aplicador
ligeramente
humedecido con neutralizador.
Colocación y de la galga: Colocar la
galga en la posición ya marcada en el
espécimen, auxiliándose de las guías de
alineación, comenzando en un extremo
de la cinta adhesiva.
Levantar el
ensamble de la galga, con una
inclinación de 30° hacia el frente
comenzando del lado contrario a las
terminales de la galga dejando el otro
extremo de la cinta pegada al espécimen.
Aplicar una capa delgada de catalizador
sobre el reverso de la galga y dejar secar.
Cementado de la galga: Aplicar una
gota de cemento al área de la galga sobre
el espécimen, sosteniendo con una mano
el extremo libre de la cinta, presionar el
ensamble de la galga sobre el conjunto
cinta - galga empezando por el extremo
pegado de la cinta y usando un pedazo
de papel desechable en un sólo sentido.
Inmediatamente después, oprimir la
galga firmemente para hacer contacto
con la superficie usando el dedo pulgar.
Mantener la presión por 1 minuto.
Esperar por lo menos dos minutos antes
de quitar la cinta de la galga en forma
tangente hacia atrás, comenzando del
lado contrario a las terminales. Revisar
con la pica que los extremos de la galga
estén
perfectamente
pegados
al
espécimen.
Cableado de la galga: Preparar las
terminales de la galga poniendo en cada
una de ellas una gota de la soldadura
utilizando fúndente. Estañar puntas de
los cables en ambos extremos y
colocarlo sobre cada terminal y soldar
cuidadosamente. El proceso de soldado
de los cables debe ser rápido para no
dañar a la galga con el calor. Revisar
continuidad en el circuito de la galga,
limpiar con solvente y aplicar el
poliuretano como capa protectora para la
galga.
Figura 3. Cementado de una galga
extensométrica.
MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Lija de Carburo de
silicio (400 y 600)
Acondicionador de
metal
Neutralizador
Cemento M Bond
200
Catalizador
Solvente
Poliuretano (Gage
coat)
Galgas
Cinta adhesiva
Papel desechable
•
Cable
•
Pinzas
•
•
Fúndente
Cautín
•
•
•
Pica
Tijeras
Aplicadores de
algodón
Gasas
Lápiz 4H
•
•
4