Semana 3: "Conocimiento Experimental de los Materiales"

CONOCIMIENTO EXPERIMENTAL DE LOS MATERIALES: ENSAYO Y SELECCIÓN DE LOS MATERIALES

I.  ESCALA:

• El término escala, que proviene del latín "scala", tiene diversos usos: se trata, por ejemplo, de la sucesión ordenada de valores de una misma cualidad.
• La escala es, por otra parte, una línea recta que, dividida en partes iguales, permite representar metros, kilómetros u otra unidad de medida.
• Escala también es la proporción o tamaño.
• En la física, la escala es una graduación utilizada en diversos instrumentos para posibilitar la medición de una magnitud. 

I.I.  INFLUENCIA DE LA ESCALA EN LOS ESTUDIOS DE LOS MATERIALES:

En los últimos años se han desarrollado nuevas técnicas, que complementan y superan las prestaciones de las que se vienen utilizando tradicionalmente en el estudio de los materiales a una escala nano-métrica (1 nm = 10-9 m) y molecular. Estas nuevas técnicas entreabren la puerta a un conocimiento preciso de la nano-estructura de los materiales.

Estas técnicas son:

• La tomografía computarizada a nano-escala (nCT)
• El microscopio de efecto túnel con rayos X (STXM)
• La micro-difracción de rayos X (mXRD)
• La difracción de rayos X de alta precisión (HPXR.D)

Muy recientemente se ha desarrollado un microscopio electrónico subatómico, que permite estudiar la materia a una escala por debajo de 1 Å (10-10 m).

Este microscopio ha sido desarrollado por los físicos alemanes, Maximilian Haider, Harald Rose, Knut Urban, que han sido galardonados muy recientemente por la fundación BBVA.  La extraordinaria precisión la han conseguido eliminando la aberración óptica de los microscopios actuales.

II.  OBSERVACION DIRECTA DE LOS MATERIALES:

La observación es un elemento fundamental de todo proceso investigativo; en ella se apoya el investigador para obtener el mayor numero de datos.

• La observación indirecta consiste en tomar datos del sujeto(s) a medida que los hechos se suscitan ante los ojos del observador, quien desde luego podría tener algún entrenamiento a propósito de esa actividad.
• La observación directa es una técnica que consiste en observar atentamente el fenómeno tomar información y registrarla para su posterior análisis.

III. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES:

La observación experimental, también llamada estudio de intervención o estudio experimental, es un análisis prospectivo, el cual se caracteriza por la manipulación indirecta, superficial de un factor de estudio por el investigador. Esta observación es estudiada y dividida por los casos o sujetos en dos grupos llamados control y experimental. La característica de la aleatorización no es imprescindible en el estudio experimental.

Las técnicas del estudio de intervención hacen referencia a la población a la que van a aplicarse los resultados a través de los siguientes, pasos:

• Selección de la población experimental por muestreo aleatorio.
• Identificación de la población participante.
• Distribución aleatoria de los sujetos en los grupos a comparar bien sea en el grupo de experimentación o el grupo de control.
• Puesta en marcha del estudio. Administración del elemento o factor de estudio en el grupo experimental y del grupo control.
• Observación y medida de las variables dependientes según los criterios elegidos en el diseño del estudio.
• Según la cooperación o no de los sujetos en ambos grupos, se crean cuatro subgrupos, al subdividir el grupo experimental y el grupo control.
• Lectura del resultado del estudio y comparación de los resultados de los grupos. Los cuatro subgrupos se transforman en ocho al subdividirlos según conozcan el resultado o no.
• La identidad de los grupos es revelada. Se analizan los resultados y se elaboran conclusiones.

IV.  ENSAYO DE LOS MATERIALES:

Se denomina ensayo de materiales a toda prueba cuyo fin es determinar las propiedades mecánicas de un material.

Los ensayos de materiales pueden ser de dos tipos, ensayos destructivos y ensayos no destructivos. Estos últimos permiten realizar la inspección sin perjudicar el posterior empleo del producto, por lo que permiten inspeccionar la totalidad de la producción si fuera necesario.

IV.I.  ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS:

Entre los ensayos no destructivos se encuentran los siguientes:

Ensayo de durezas (en algunos casos no se considera como ensayo no destructivo, especialmente cuando puede comprometer la resistencia de la pieza a cargas estáticas o a fatiga)

Inspeción visual, microscopía y análisis de acabado superficial

Ensayos por líquidos penetrantes

Inspección por partículas magnéticas

Ensayos radiológicos

Ensayo por ultrasonidos

Ensayos por corrientes inducidas

Ensayos de fugas: detección acústica, detectores específicos de gases, cromatógrafos, detección de flujo, espectrometría de masas, manómetros, ensayos de burbujas, etc.

IV.II.  ENSAYOS DESTRUCTIVOS:

Son pruebas que se les hacen a algunos materiales como el acero por ejemplo. Algunas de ellas son ensayo de tensión, flexión, compresión, etc. Se les llama destructivos porque deforman al material.

IV.III. WEBLINKS:

·         Ensayo de compresión.

·         Ensayo de cizallamiento.

·         Ensayo de flexión. 

·         Ensayo de torsión.  

·         Ensayo de resiliencia. 

·         Ensayo de fatiga de materiales. 

·         Ensayo de fluencia en caliente (creep).

·         Ensayo de plegado libre.

Otros ensayos para aplicaciones específicas son:

·         Ensayo de plegado.

·         Ensayo de embuticion.  

·         Ensayo de ablocardado. 

·         Prueba hidrostatica (con presiones mayores a las de servicio).

·         Flexión alternativa de alambre.

V. SELECCION DE LOS MATERIALES:

La gran mayoría de avances tecnológicos logrados en la sociedad moderna, se han apoyado en el descubrimiento y desarrollo de materiales de ingeniería y proceso de fabricación usados en su obtención.

Una adecuada selección de materiales y procesos, garantiza a los diseñadores de partes mecánicas su correcto funcionamiento (performance) de los componentes diseñados. Desde el punto de vista práctico, la posibilidad de usar varios métodos y poderlos confrontar, garantiza una mayor eficiencia en la selección correcta del material e un fin específico.

La mayoría de métodos parten de la disponibilidad de una amplia gama de materiales, los cuales se debe entrar a analizar y refinar, ya sea con ayuda de: recomendaciones (métodos tradicionales), mapas de materiales (método gráfico) o información escrita que se encuentran en fuentes bibliográficas o en forma de software en bases de datos virtuales.

En general, el refinamiento se hace de acuerdo con las propiedades exigidas por el componente a diseñar y sustentado con criterios como: disponibilidad, facilidad de obtención, vida de servicio, factores ambientales y costos, entre otros. De esta forma, se llega a la selección de un único tipo de material, el cual debe resultar en el más apropiado para el fin pretendido.