Ensayo de pruebas de torsión

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica
“Unidad. Culhuacán”
Laboratorio de Resistencia de
materiales
“Pruebas de torsión”
Alumno:
4SM16

Reyes Gracia Ángel Emilio.
Nombre del Profesor: Oliver Pérez Cesar Ricardo
Fecha de entrega: 27/06/2024
Grupo:
Índice
Introducción……………………………………………………………………
……3
Tipos de pruebas de torsión
……………………………………………………4
Aplicaciones
…………………………………………………………………………5
Importancia
de
la
……………………………………………………6
Importancia
en
el
diseño
……………………………………7
precisión
y
la
seguridad
Ejemplos de pruebas de torsión
(aplicados
a
materiales
………………………………………8
de
Como
se
realizan
estas
laboratorio………………………10
pruebas
Ejemplo
de
prueba
…………………………………………………12
de
ingeniería)
en
un
torsión
Conclusiones
…………………………………………………………………………14
Bibliografía
……………………………………………………………………………14
2
Introducción
Las pruebas de torsión son esenciales en la ingeniería y la ciencia de
materiales. Estas evaluaciones mecánicas miden la resistencia de
materiales y componentes cuando se someten a torsión, es decir, un
desplazamiento angular. En este breve informe, exploraremos los
conceptos clave relacionados con estas pruebas y su relevancia en
diversas aplicaciones.
La capacidad de un material para resistir fuerzas de torsión es
fundamental en el diseño y fabricación de componentes como ejes,
tornillos y alambres. Las pruebas de torsión nos permiten determinar la
resistencia máxima antes de que ocurra la fractura. Además, estas
pruebas son cruciales para verificar la calidad de productos terminados,
como botellas farmacéuticas o cables revestidos.
En resumen, las pruebas de torsión son una herramienta valiosa para
garantizar la seguridad y el rendimiento de materiales y productos en
situaciones de torsión. A lo largo de este informe, exploraremos los tipos
de pruebas, sus aplicaciones y su importancia en la ingeniería y la
fabricación.
Definición y contexto:
La torsión es un tipo de carga mecánica que implica la aplicación de un
momento de fuerza alrededor de un eje. En otras palabras, es un
desplazamiento angular que afecta la integridad de los materiales.
Las pruebas de torsión evalúan cómo los materiales y componentes
responden a esta carga. Se miden propiedades como la resistencia, la
rigidez y la capacidad de deformación antes de la fractura.
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Tipos de pruebas de Torsión
 Prueba de torsión simple: En esta prueba, se aplica una carga
de torsión pura a la muestra de material. Se mide la resistencia
máxima antes de que ocurra la fractura. Este tipo de prueba es
común para evaluar la calidad de alambres metálicos y tubos de
plástico.
 Prueba de torsión axial: Además de la torsión, se aplican fuerzas
axiales (tensión o compresión) a la muestra. Esto simula
condiciones más realistas, como las que experimentan los ejes en
aplicaciones prácticas.
 Prueba de falla: En esta prueba, se aplica torsión hasta que la
muestra falle. Proporciona información sobre la resistencia última
y el comportamiento ante la fractura.
 Ensayo de prueba: se aplica una carga de torsión y se mantiene
esta carga de torsión durante una cantidad fija de tiempo.
 Ensayo operativo: se ensayan conjuntos o productos completos
como tapas de botellas, interruptores, diales o columnas de
dirección para verificar que el producto se desempeña según lo
esperado bajo cargas de torsión.
Las pruebas de torsión se realizan por varias razones importantes en
la ingeniería y la ciencia de materiales. Aquí están algunas de las
principales:
 Selección de materiales: Las pruebas de torsión ayudan a
determinar qué materiales son adecuados para componentes
sometidos a torsión, como ejes, engranajes y pernos. Al evaluar
la resistencia a la torsión, los ingenieros pueden elegir los
materiales más apropiados para aplicaciones específicas.
 Verificación de calidad: En la fabricación de productos, como
botellas con tapas roscadas o cables enrollados, las pruebas de
torsión se utilizan para verificar la calidad. Aseguran que los
productos terminados cumplan con los estándares de resistencia
y durabilidad.
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 Seguridad y rendimiento: Al comprender la resistencia a la
torsión de los materiales, los ingenieros pueden diseñar
componentes más seguros y eficientes. Esto es especialmente
importante en aplicaciones críticas, como la aviación o la industria
automotriz.
Aplicaciones
Ingeniería mecánica: Las pruebas de torsión ayudan a seleccionar
materiales adecuados para componentes sometidos a torsión, como
ejes de transmisión, engranajes y pernos.
 Ejes y transmisiones: En la industria automotriz, las pruebas de
torsión se aplican a ejes de transmisión para garantizar que
puedan soportar las tensiones durante la conducción.
 Tornillos y pernos: Verifican la resistencia de los elementos de
fijación en aplicaciones industriales y de construcción.
Diseño de productos: Verifican la calidad de productos terminados,
como botellas con tapas roscadas o cables enrollados.
 Botellas con tapas roscadas: Las pruebas aseguran que las
tapas se mantengan selladas incluso bajo torsión.
Investigación científica: Contribuyen al estudio de propiedades
mecánicas y al desarrollo de nuevos materiales.
 Cables y alambres: Evalúan la calidad y la durabilidad de
cables eléctricos o alambres de acero.
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Importancia de la Presión
La precisión en la medición de la torsión aplicada y la deformación
angular es crucial para obtener resultados confiables. Los errores en la
medición pueden afectar la interpretación de los datos y la toma de
decisiones en el diseño y fabricación.
La precisión en las pruebas de torsión es fundamental por varias
razones:
 Fiabilidad de los Resultados: La precisión garantiza que los
datos obtenidos sean confiables y representativos del
comportamiento real del material o componente bajo torsión.
 Toma de Decisiones: Ingenieros y diseñadores utilizan los
resultados de las pruebas para tomar decisiones críticas, como la
selección de materiales o la validación de diseños. La precisión
evita errores en estas decisiones.
 Normativas y Estándares: Muchas normas y estándares
especifican tolerancias y requisitos de precisión para las pruebas
de torsión. Cumplir con estas normativas es esencial para la
seguridad y la calidad.
 Simulación de Condiciones Reales: La precisión permite
simular con mayor fidelidad las condiciones reales a las que se
someterá el material o componente durante su uso.
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Importancia en el diseño y la
seguridad
Los ingenieros utilizan datos de pruebas de torsión para seleccionar
materiales adecuados y diseñar componentes seguros y eficientes. La
resistencia a la torsión es crucial en aplicaciones críticas, como la
aviación y la industria médica.
La importancia en el diseño y la seguridad de las pruebas de torsión es
crucial en diversas áreas de la ingeniería y la fabricación. Permíteme
profundizar en estos aspectos:
Diseño de Componentes:
 Selección de Materiales: Las pruebas de torsión ayudan a los
ingenieros a elegir los materiales adecuados para componentes
sometidos a torsión, como ejes, engranajes y pernos. La
elección correcta garantiza la durabilidad y el rendimiento
óptimo.
 Optimización de Diseño: Comprender cómo los materiales se
comportan bajo torsión permite diseñar componentes más
eficientes. Por ejemplo, se pueden reducir los diámetros de ejes
sin sacrificar la resistencia.
Seguridad y Fiabilidad:
 Prevención de Fallas: Las pruebas de torsión aseguran que los
componentes no se rompan o fallen durante el uso. Esto es crucial
en aplicaciones críticas, como la aviación o la industria médica.
 Condiciones Extremas: Los componentes deben resistir cargas de
torsión incluso en situaciones extremas, como terremotos o
colisiones vehiculares.
Normativas y Estándares:
 Certificación de Productos: Las pruebas de torsión son parte de
los estándares de calidad y seguridad. Los productos deben
cumplir con especificaciones para garantizar su confiabilidad.
 Validación de Diseños: Las pruebas ayudan a validar los diseños
antes de la producción en masa, evitando problemas posteriores.
Consideraciones técnicas:
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 La precisión en la medición de la torsión aplicada y la deformación
angular es esencial para obtener resultados confiables.
 Las pruebas pueden realizarse en muestras estáticas o
dinámicas, dependiendo del escenario de uso.
Las propiedades mecánicas más comunes medidas en el ensayo de
torsión son:
 Módulo de elasticidad en corte
 Resistencia a la deformación por corte
 Resistencia al corte final
 Módulo de ruptura en corte
 Ductilidad
Ejemplos de pruebas de torsión
aplicados a materiales de
ingeniería
Prueba de Torsión de Tornillos para Huesos:
Norma ASTM F543: Esta prueba evalúa la resistencia de los tornillos
utilizados en cirugías ortopédicas. Los tornillos para huesos están
sujetos a cargas de torsión en situaciones clínicas.
 Explicación: Al someter los tornillos a torsión, se mide su
capacidad para resistir las fuerzas máximas antes de agrietarse o
romperse. Esto garantiza la seguridad y la eficacia de los
implantes en el cuerpo humano.
 Objetivo: Verificar que los tornillos puedan soportar las cargas de
torsión a las que se someten durante la actividad física del
paciente.
 Procedimiento: Se aplica una carga de torsión gradual al tornillo
hasta que se produce la fractura. Se mide la cantidad de torsión
aplicada antes de la rotura.
 Resultado: Los datos obtenidos ayudan a los cirujanos a
seleccionar los tornillos adecuados para cada caso clínico y a
garantizar la seguridad y estabilidad de las fijaciones.
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Prueba de Torsión de Alambres Metálicos:
Normas ASTM A938 e ISO 7800: Estas pruebas evalúan la resistencia
de alambres metálicos (como cables eléctricos o de acero) ante cargas
de torsión.
 Explicación: Los alambres se someten a torsión para determinar
su resistencia al cizallamiento elástico y final. Esto es crucial para
aplicaciones como cables de suspensión o estructuras de
puentes.
 Aplicación: Se utiliza en la industria eléctrica, automotriz y de
construcción.
 Procedimiento: Se sujeta un extremo del alambre y se aplica una
torsión gradual en el otro extremo. Se mide la cantidad de torsión
antes de que el alambre falle.
 Resultado: Proporciona información sobre la resistencia del
alambre a la deformación y la rotura bajo cargas de torsión.
Prueba de Acoplamientos Cónicos Luer:
Normas ISO 594 / ISO 80369: Estas pruebas se aplican a los
accesorios Luer utilizados en dispositivos médicos, como jeringas y
catéteres.
Explicación: Los acoplamientos cónicos Luer están diseñados para unir
componentes médicos de manera segura. Las pruebas de torsión
verifican su resistencia y evitan desconexiones accidentales durante
procedimientos médicos
 Objetivo: Verificar la seguridad y la eficacia de los acoplamientos
cónicos Luer.
 Procedimiento: Se ensamblan los componentes Luer y se
someten a torsión para simular situaciones clínicas. Se mide la
resistencia antes de la desconexión.
 Resultado: Garantiza que los dispositivos médicos mantengan
una conexión segura durante procedimientos como la
administración de medicamentos o la extracción de sangre.
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¿Como se realizan estas pruebas
en un laboratorio?
Los ensayos de torsión pueden realizarse en equipo especializado solo
de torsión como la serie MT de Instron o, más frecuentemente, en
equipo de ensayo biaxial como las máquinas universales de
ensayo capaces de aplicar fuerzas lineales y de torsión.
El complemento de torsión de Instron es un accesorio avanzado que
puede adaptarse a cualquier sistema 594X o 596X para permitir el
ensayo biaxial de materias primas y productos.
La curva de torsión frente a la de rotación producida por el ensayo de
materias primas en torsión es de muchas maneras análoga a la curva
de desplazamiento de fuerza capturada durante el ensayo axial. La
mayor parte de los materiales muestra una región lineal similar que
representa el módulo cortante, seguido por deformación y fallo final.
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En un laboratorio, las pruebas de torsión se llevan a cabo siguiendo
un procedimiento estandarizado. Aquí están los pasos generales:
Preparación de la Muestra:
 Se selecciona una muestra representativa del material o
componente que se va a probar.
 La muestra puede ser un alambre, un tornillo, un tubo o cualquier
otro objeto susceptible a torsión.
Montaje en el Equipo de Prueba:
 La muestra se coloca en un dispositivo de prueba de torsión, como
una máquina de torsión o un torsiómetro.
 Se asegura que la muestra esté alineada correctamente con el eje
de torsión.
Aplicación Gradual de Torsión:
 Se aplica una carga de torsión gradual a la muestra.
 La torsión puede aplicarse en sentido horario o antihorario, según
el diseño del equipo.
Medición de la Torsión y la Deformación:
 Se mide la cantidad de torsión aplicada utilizando sensores o
medidores específicos.
 También se registra la deformación angular de la muestra.
Registro de Datos:
 Se registran los valores de torsión y deformación en función del
tiempo o del ángulo de torsión.
 Estos datos se utilizan para construir una curva de cargadeformación.
Determinación de la Resistencia a la Torsión:
 Se observa el punto en el que la muestra comienza a deformarse
permanentemente o a fracturarse.
 La resistencia a la torsión se calcula como la máxima torsión
aplicada antes de la fractura.
Análisis y Resultados:
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 Los ingenieros analizan los datos para evaluar la calidad y la
resistencia del material.
 Los resultados se comparan con estándares o especificaciones
relevantes (como las normas ASTM o ISO).
Informe Final:
 Se genera un informe que incluye los detalles del procedimiento,
los resultados y las conclusiones.
 Este informe es útil para la toma de decisiones en el diseño y la
fabricación.
Ejemplo de prueba de torsión
Pruebas de torsión en dos muestras diferentes de material, realiza una
prueba de torsión en neumáticos de carros y luego en segundo lugar
realiza una prueba de torsión en porcentaje de acero al carbono de
North Point Ford. La máquina es el probador de torsión y básicamente
lo que hace es cargar cada pieza de prueba en la máquina entre dos
gráficos. Al comenzar la prueba, lo que sucederá es que un extremo de
la pieza de prueba se torcerá o rotará y tenemos información en la
pantalla sobre cuánto ha sido torcido por la máquina, hay un clip audible
y cada vez que escuchamos un clip en realidad se está torciendo, así
que vemos aquí en la placa de información una revolución equivale a
9.3° de nuestro eje de salida, por lo que, como puede imaginar, para
girar la pieza de prueba 0.3° grados por cada clic, necesita colocarlo
bajo un torque y lo que tenemos en la segunda pantalla ,es una lectura
del torque que se requiere para torcer la pieza de prueba. Ahora ejecuta
esta prueba hasta que falle, así que continua torciendo la pieza de
prueba. hasta que finalmente falla y lo que tendremos es un registro del
torque requerido así como el ángulo de torsión que causó que el
material se limara, así que carga la primera pieza de prueba en la
máquina y luego comienza la prueba, cargado en la máquina, tenemos
nuestra muestra de hierro fundido y un par de cosas que notará antes
de comenzar. Para la lectura de torque aquí y también con la pantalla
Dell a cero en la esquina superior izquierda para el ángulo de giro ahora,
cuando comienza a ejecutar esa prueba, comienza muy lentamente
para que podamos observar lo que le sucede a la muestra de material ,
a medida que pasa por la difamación elástica, luego acelerará las cosas
a medida que avanza por la deformación plástica antes. llevando la
muestra al fallo, así que comienza la prueba y lo que notará desde el
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principio es que la muestra de material comienza a adquirir tensión a
medida que gira el mandril de la izquierda, por lo que estamos hasta
alrededor de 9 Newton metros cuando esto La pieza de prueba se
mueve hacia la difamación plástica. Lo que espera es que la lectura de
torsión comience a estabilizarse, por lo que la pieza de prueba
continuará deformándose, pero no veremos un aumento considerable
en la lectura de torsión, por lo que podemos ver que ahora se nivela.
aumenta un poco la velocidad para que la pieza de prueba aquí tenga
mucho que ver con la difamación plástica y como hemos visto las piezas
de prueba archivadas en el centro, para la segunda muestra de material
tenemos nuestra muestra de 0.4% de acero al carbono y una vez más
hemos puesto a cero las dos pantallas, así que comienza la prueba y
nuevamente notamos la prueba. Aumenta la tensión a medida que pasa
por el elástico. difamación y vemos que esas lecturas de torque
aumentan constantemente como es de esperar, podemos ver que la
conversación parece estar estabilizándose, aumenta más ahora. este
sufrirá una difamación plástica significativamente mayor ya que el
material no es tan frágil como el hierro fundido, aumenta un poco más
la velocidad y ahora realiza la prueba de falla para que podamos ver
claramente que hay una cantidad significativa de difamación plástica en
esta pieza de prueba, el material es mucho más suave y maleable que
la muestra anterior. Cuando observamos la pieza de prueba al final de
este proceso, podremos notar cuántas revoluciones completas se
completó realmente esta pieza de material antes de fallar. Podemos ver
parte de la oxidación de la superficie desmoronándose. la superficie a
medida que giramos esta pieza de prueba tenga en cuenta que mil
revoluciones o mil clics aquí son del orden de 300 grados, por lo que
entre ellos se convierten en un giro excesivo de tres puntos, acercarnos
a los términos de portal a portal de 360 grados. Nuestra muestra de
carbono no puntual finalmente falló y podemos ver la fractura en el lado
derecho de la pieza de prueba.
Conclusiones
Las pruebas de torsión, fundamentales en la ingeniería y la ciencia de
materiales, desempeñan un papel crucial en la seguridad, el diseño y la
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calidad de componentes y productos. A lo largo de este informe, hemos
explorado su relevancia y aplicaciones.
La resistencia a la torsión es esencial en una variedad de contextos,
desde la selección de materiales para ejes de transmisión hasta la
validación de dispositivos médicos. Las pruebas nos permiten
comprender cómo los materiales se comportan bajo cargas de torsión
y, por lo tanto, diseñar componentes más seguros y eficientes. La
precisión en la medición es crucial para obtener resultados confiables y
tomar decisiones informadas.
En resumen, las pruebas de torsión son una herramienta valiosa para
garantizar la integridad y el rendimiento de los materiales en situaciones
de torsión. Su aplicación sigue siendo vital en un mundo donde la
seguridad y la calidad son prioritarias.
Bibliografía
¿Qué es una prueba de torsión? (s. f.). https://www.blog.metalinspec.com.mx/post/que-esuna-prueba-de-torsion
TA Instruments. (2016, 29 abril). Torsión - TA Instruments. TA Instruments - Materials
Science Solutions. https://www.tainstruments.com/t/test-types/torsion/?lang=es
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