i DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA TRABAJO DE TITULACIÓN, PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA TEMA: REPOTENCIACIÓN DE LA MÁQUINA UNIVERSAL TIME SHIJIN SERIE WAN-600C UTILIZADA PARA LA REALIZACIÓN DE ENSAYOS MECÁNICOS PARA EL LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES DE LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA. AUTORES: MAYRA MARIBEL MOPOSITA CAGUANA TANNIA GABRIELA NUÑEZ VALLE DIRECTOR: ING. WILSON TRÁVEZ LATACUNGA 2016 ii DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA CERTIFICACIÓN Certificamos que el trabajo de titulación, “REPOTENCIACIÓN DE LA MÁQUINA UNIVERSAL TIME SHIJIN SERIE WAN-600C UTILIZADA PARA LA REALIZACIÓN DE ENSAYOS MECÁNICOS PARA EL LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES DE LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA.”, ha sido revisado en su totalidad y analizado por el software anti-plagio, el mismo cumple con los requisitos teóricos, científicos, técnicos, metodológicos y legales establecidos por la Universidad de Fuerzas Armadas ESPE, por lo tanto permitimos acreditarlo y autorizar a las señoritas Mayra Maribel Moposita Caguana y Tannia Gabriela Nuñez Valle para que lo sustente públicamente. Latacunga, 25 de Febrero de 2016 Ing. Wilson Trávez DIRECTOR iii DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD Nosotros, Mayra Maribel Moposita Caguana, con cédula de identidad N° 1804441366 y Tannia Gabriela Nuñez Valle, con cédula de identidad N°1804605606, declaramos que este trabajo de titulación “REPOTENCIACIÓN DE LA MÁQUINA UNIVERSAL TIME SHIJIN SERIE WAN-600C UTILIZADA PARA LA REALIZACIÓN DE ENSAYOS MECÁNICOS PARA EL LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES DE LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA” ha sido desarrollado considerando los métodos de investigación existentes, así como también se ha respetado los derechos intelectuales de terceros considerándose en las citas bibliográficas. Consecuentemente declaramos que este trabajo es de nuestra autoría, en virtud de ello nos declaramos responsables del contenido, veracidad y alcance de la investigación mencionada. Latacunga, 25 de Febrero de 2016 Mayra Maribel Moposita Caguana C.C.: 1804441366 Tannia Gabriela Nuñez Valle C.C.: 1804441366 iv DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRONICA AUTORIZACIÓN Nosotros, Mayra Maribel Moposita Caguana y Tannia Gabriela Nuñez Valle, autorizamos a la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE publicar en la biblioteca Virtual de la institución el presente trabajo de titulación “REPOTENCIACIÓN DE LA MÁQUINA UNIVERSAL TIME SHIJIN SERIE WAN-600C UTILIZADA PARA LA REALIZACIÓN DE ENSAYOS MECÁNICOS PARA EL LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES DE LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA” cuyo contenido, ideas y criterios son de nuestra autoría y responsabilidad. Latacunga, 25 de Febrero de 2016 Mayra Maribel Moposita Caguana C.C.: 1804441366 Tannia Gabriela Nuñez Valle C.C.: 1804605606 v AGRADECIMIENTO En primer lugar agradecer a Dios, por iluminarnos y permitirnos culminar con éxito esta etapa de nuestras vidas. A nuestros padres que con su apoyo fueron el pilar fundamental durante este período de formación académica. A nuestros esposos por estar siempre juntos siendo la mano amiga que se necesita para alcanzar cualquier objetivo. Nuestros hijos por ser la inspiración de convertirnos en unas profesionales de éxito luchando cada día por brindarle un futuro mejor. A nuestros hermanos por su apoyo y presencia incondicional. A los docentes de la universidad por llenarnos de conocimiento, al Director Ing. Wilson Trávez por su confianza entregada y su ayuda invalorable para llegar a fin con este proyecto, al Ing. Oswaldo Jácome por sus consejos y apoyo durante todo este tiempo, nunca dejaremos de estar totalmente agradecidas con ustedes. Finalmente agradecer a todas aquellas personas que de una u otra manera estuvieron presentes brindándonos su apoyo y deseándonos el mayor de los éxitos. Mayra y Gaby vi AGRADECIMIENTO Un agradecimiento muy especial a Dios por darme la vida y la salud, a mis padres Washington Moposita y Rosa Caguana, quienes me enseñaron a luchar en la vida y a esforzarme hasta alcanzar mis objetivos, que a pesar de todas las adversidades, siempre estuvieron para apoyarme. A mis hermanos Verónica y Diego por estar pendientes y dispuestos a ofrecerme su ayuda en todo momento. A las dos personas más importantes de mi vida, Santiago y Sebastián, quienes estuvieron en este proceso difícil brindándome su amor y siendo el bastón en el cual apoyarme para continuar y no desistir. Agradezco de manera especial a Gaby, porque juntas pudimos terminar este proyecto, ha sido una excelente compañera y amiga, que a pesar del poco tiempo que nos conocemos hemos formado un lazo muy fuerte de amistad. Mayra Moposita Caguana vii AGRADECIMIENTO A pesar de las desobediencia siempre has sido fiel y solo nos Ama, me siento amada todas las cosas que han pasado en mi vida es por ti y eso es bueno, el agradecimiento te lo demuestro con la culminación de esto que empezamos juntos. A mis padres Gustavo Nuñez y Elsa Valle porque ha hecho de mi personalidad un carácter fuerte, decidida por ello estoy donde estoy y llegare donde quiero llegar, por su apoyo incondicional y su eterno amor. A mi Esposo David Andrés Eugenio, porque te has convertido en mi confidente por tu apoyo y amor incondicional. A mis Hermanas es grato para mí poder reconocer la culminación de una de las tantas etapas que tendrá mi vida, por su apoyo y amor en todo momento: Paty por tu apoyo incondicional tus palabras de sabiduría. Caty porque con tu admiración ayudó a que crea lo que soy. Mary siempre estas dispuesta a escucharme con atención. Mia por participar en cada etapa de mi vida. Carmita porque solo con tu amor pude culminar por amor a ti. Nataly Mosquera Con la persona que empecé este reto por sus atinadas palabras en momentos precisos. Finalmente quiero Agradecer a mi Compañera de Tesis. Mí ahora amiga como así quiero considerarla Mayrita porque entre enojos y alegrías hemos sido apoyo mutuo para llegar a este Fin. Gabriela Nuñez Valle viii DEDICATORIA En primer lugar a Dios por mantenerme bajo su protección y cuidado durante estos años de vida, y por haberme regalado la gracia de vivir dentro de una familia llena de amor y cariño. A mis padres Washington y Rosa por el apoyo incondicional brindado durante toda mi vida, por el esfuerzo realizado día tras día para poder brindarme la oportunidad de ser una profesional, y poder alcanzar mis metas y sueños. A mi esposo Santiago y mi hijo Sebastián por ser mi inspiración y el pilar fundamental que me impulsa a seguir siempre adelante, por el amor puro y verdadero necesario para alcanzar las metas más altas y no decaer jamás. A mis hermanos Verónica y Diego por estar siempre presente en los buenos y malos momentos, y con su cariño han sido partícipes de cada uno de mis logros brindándome su confianza y apoyo, y a mis sobrinos Angie y Jefte que con sus sonrisas y ternura han iluminado de alegría cada día difícil. Para todas aquellas personas que estuvieron siempre pendientes familia, amigos gracias por formar parte de mi vida, para ustedes va dedicado mi trabajo. Mayra Moposita Caguana ix DEDICATORIA Lo difícil e pasado contigo lo bueno y lo mejor contigo tú has sido mi fiel compañía mi único y eterno amor, desde que sonaba tu corazón con un pun pun pun, el amor sacrificado lo he recibido de ti. El amor que Detalla Dios lo he vivido contigo: el amor todo lo puede todo lo soporta, todo lo sufre, todo lo espera. 1 Corintios 4-7 No bastarían los árboles, ni papel ni lápiz para describir todo lo que siento por ti. Eres el motor en mi vida. DIOS TE BENDIGA TODA TU VIDA. Este es el esfuerzo que has provocado tú en mí. ISAAC BENJAMÍN EUGENIO NUÑEZ Gabriela Nuñez Valle x ÍNDICE DE CONTENIDO CARÁTULA ……………………………………………………………………….. i CERTIFICACIÓN ............................................................................................ ii AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD ............................................................. iii AUTORIZACIÓN ........................................................................................... iv AGRADECIMIENTO ....................................................................................... v DEDICATORIA ............................................................................................ viii ÍNDICE DE CONTENIDO ............................................................................... x ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................... xvi ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................. xvii RESUMEN ................................................................................................... xxi ABSTRACT ................................................................................................ xxii CAPÍTULO I1 1. MARCO TEÓRICO ............................................................................ 1 1.1. Objetivos de la Investigación ............................................................. 1 1.2. Hipótesis ............................................................................................ 1 1.3. Definición de las Propiedades de los materiales ................................ 1 1.3.1. Propiedades Mecánicas ..................................................................... 2 a. Elasticidad .......................................................................................... 2 b. Tenacidad .......................................................................................... 2 c. Fragilidad ........................................................................................... 2 d. Ductilidad ........................................................................................... 2 e. Plasticidad .......................................................................................... 2 1.4. Ensayos Mecánicos a Materiales ....................................................... 3 a. Esfuerzo ............................................................................................. 3 xi b. Deformación ....................................................................................... 3 a. Ley de Hooke ..................................................................................... 5 b. Módulo de Elasticidad ........................................................................ 6 a. Normas técnicas ecuatorianas ......................................................... 11 b. Norma técnica internacional ............................................................. 17 1.5. Máquina para ensayos mecánicos ................................................... 19 a. Cruceta Superior .............................................................................. 21 b. Pinza hidráulica automática ............................................................. 21 c. Cruceta Inferior ................................................................................ 21 d. Espacio de Prueba ........................................................................... 21 a. Motor Eléctrico ................................................................................. 22 b. Bomba hidráulica ............................................................................. 24 c. Válvulas ....... ……………………………………………………………..26 d. Cilindro Hidráulico ............................................................................ 28 a. Sensores .......................................................................................... 31 b. Acondicionamiento de señales ........................................................ 37 c. Amplificación .................................................................................... 37 d. Filtrado………………. ....................................................................... 38 e. Aislamiento ...................................................................................... 39 xii f. Linealización .................................................................................... 39 g. Sistema de adquisición de datos ..................................................... 40 CAPÍTULO II 2. DOCUMENTACIÓN Y SELECCIÓN............................................... 44 2.1. Documentación del estado de la Máquina Universal Time Shijin Shijin Serie Wan-600c. .............................................................................. 44 2.1. Documentación del estado del sistema mecánico. .......................... 45 2.2. Documentación del estado del sistema hidráulico. .......................... 49 2.3. Documentación del estado de sistema eléctrico. ............................. 53 2.4. Selección de elementos electrónicos para la adquisición de datos. 55 xiii CAPÍTULO III 3. REDISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA ANALÓGICO- DIGITAL ........................................................................................... 61 3.1. Implementación del Sistema de medición de Presión ...................... 62 3.2. Implementación del Sistema de medición del desplazamiento ........ 64 3.3. Implementación del Sistema de Adquisición de datos con el software s software Labview……………. .......................................................... 65 a. Generación de Datos Análogos ....................................................... 74 b. Generación de Datos Digitales ........................................................ 76 3.4. Diseño y construcción del Interfaz Hombre-Máquina para la visualiz a visualización de resultados en un ordenador. .................................. 80 a. Tipo de Probetas .............................................................................. 83 b. Tipo de Material ............................................................................... 84 c. Tipo de Ensayos .............................................................................. 84 xiv a. Programa de la Adquisición de Datos de Sensores ......................... 87 b. Programa de la Adquisición del Diagrama Esfuerzo-Deformación .. 87 c. Programa de encendido y apagado de la bomba. ........................... 87 d. Programa del Botón Calcular ........................................................... 88 e. Programa del Botón Reporte ........................................................... 88 CAPÍTULO IV 4. PRUEBAS Y ÁNALISIS DE RESULTADOS ................................... 90 4.1. Pruebas del Equipo Instalado .......................................................... 90 4.2. Análisis de Resultados ..................................................................... 91 a. Datos obtenidos de manera analógica ............................................. 92 b. Datos obtenidos a través del sistema de adquisición de datos ........ 96 4.3. Manual de Usuario ........................................................................... 96 a. Colocación de probetas para el ensayo de tracción ........................ 96 b. Colocación de probetas para el ensayo de compresión ................... 98 CAPÍTULO V 5. ÁNALISIS DE COSTOS ................................................................ 114 5.1. Costos directos .............................................................................. 114 xv 5.2. Costos Indirectos ........................................................................... 116 5.3. Costo de la Implementación del Sistema ....................................... 117 CAPÍTULO VI 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................. 118 6.1. Conclusiones ................................................................................. 118 6.2. Recomendaciones ......................................................................... 118 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................... 121 LINKOGRAFÍA .......................................................................................... 123 ANEXOS .................................................................................................... 126 ANEXO A: NORMAS APLICADAS A ENSAYOS MECÁNICOS ANEXO B: CATÁLOGOS DE EMPRESAS FABRICANTES ANEXO C: PRUEBAS DE ENSAYOS EN LABORATORIO NOVACERO ANEXO D: PRUEBAS DE ENSAYOS EN LABORATORIO ESPE ANEXO E: REPORTES DE ENSAYOS ANEXO F: DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA ANEXO G: MANUAL DE SEGURIDAD xvi ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Símbolos y designaciones de la norma NTE INEN 109:2009 ...... 13 Tabla 2 Símbolos y designaciones de la norma NTE INEN 143:1973 ...... 16 Tabla 3 Dimensiones admisibles para probetas de ensayos de tracción .. 18 Tabla 4 Parámetros y Especificaciones Técnicas Principales .................. 45 Tabla 5 Características del Motor YYB-100L-6A ..................................... 52 Tabla 6 Factores a tomar en cuenta para la elección de sensores ........... 55 Tabla 7 Parámetros del sensor de presión CYB-12SA West .................... 57 Tabla 8 Parámetros del sensor de presión Truck PT1500 ........................ 57 Tabla 9 Especificaciones Generales de la Tarjeta NI My DAQ ................. 60 Tabla 10 Resumen de las señales adquiridas ............................................ 66 Tabla 11 Valores de Presión y Voltaje obtenidos mediante experimento ... 68 Tabla 12 Señales del contador/temporizador de la tarjeta Ni MyDaq ......... 69 Tabla 13 Datos adquiridos por el sensor de desplazamiento ..................... 71 Tabla 14 Funcionamiento de las válvulas de la Máquina Universal ............ 73 Tabla 15 Elementos de Control y tipo de señal .......................................... 74 Tabla 16 Conexiones de los Relés ............................................................. 79 Tabla 17 Tipo de Secciones para Probetas ................................................ 84 Tabla 18 Calibración del Transductor de Presión ....................................... 90 Tabla 19 Calibración del Sensor de Desplazamiento ................................. 91 Tabla 20 Datos obtenidos de manera analógica ......................................... 93 Tabla 21 Resultados obtenidos de forma analógica y digital ...................... 96 Tabla 22 Costo de Materiales Mecánicos ................................................. 114 Tabla 23 Costo de Materiales Eléctrico- Electrónicos ............................... 115 Tabla 24 Costo de Materiales de Instrumentación y Control .................... 115 Tabla 25 Costo de Materiales para Pruebas ............................................. 115 Tabla 26 Costo de la Mano de Obra ......................................................... 116 Tabla 27 Costo Total del Proyecto Directo ............................................... 116 Tabla 28 Costo Total de Ingeniería ........................................................... 116 Tabla 29 Costo de la Implementación del Sistema ................................... 117 xvii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Diagrama Esfuerzo.- deformación ............................................. 4 Figura 2 Ensayo de tracción .................................................................... 7 Figura 3 Magnitudes presentes en el ensayo de tracción ........................ 7 Figura 4 Ensayo de compresión .............................................................. 8 Figura 5 Diagrama esfuerzo–deformación ............................................... 9 Figura 6 Ensayo de corte mecánico ....................................................... 10 Figura 7 Límite de fluencia superior e inferior en diferentes curvas ....... 13 Figura 8 Dimensiones de las probetas para ensayos de tracción .......... 18 Figura 9 Máquina universal de ensayos mecánicos .............................. 19 Figura 10 Partes relevantes de una máquina de ensayos ....................... 20 Figura 11 Partes de un motor eléctrico de corriente alterna .................... 22 Figura 12 Rotor de un motor sincrónico ................................................... 23 Figura 13 Esquema circular de un motor asincrónico .............................. 24 Figura 14 Esquema de una bomba hidráulica con engranajes externos . 24 Figura 15 Esquema de una bomba de émbolo ....................................... 25 Figura 16 Esquema gráfico de una bomba con engranajes internos ....... 26 Figura 17 Válvula de Control Representativa .......................................... 26 Figura 18 Esquema de una válvula distribuidora 4/2 ............................... 27 Figura 19 Gráfica de una válvula reguladora unidireccional .................... 28 Figura 20 Gráfica de una válvula limitadora de presión ........................... 28 Figura 21 Gráfica de un cilindro hidráulico con sus partes ...................... 29 Figura 22 Cilindro actuador tipo émbolo de simple efecto ....................... 30 Figura 23 Cilindro émbolo de doble efecto .............................................. 30 Figura 24 Esquema del funcionamiento de un sensor ............................. 31 Figura 25 Esquema de una Galga Cementada ........................................ 33 Figura 26 Esquema de una Galga sin Cementar .................................... 33 Figura 27 Puente de Wheatstone para galga extensométricas................ 34 Figura 28 Sensor de presión tipo Turck PT 1500 ..................................... 35 Figura 29 Representación de un Encoder Yuheng .................................. 35 Figura 30 Representación gráfica de señales incrementales .................. 36 Figura 31 Conexiones del amplificador operacional AD620 .................... 38 Figura 32 Comparación de un filtro pasabanda ideal con uno real .......... 39 xviii Figura 33 Esquema de un proceso de linealización ................................. 40 Figura 34 Adquisición, procesamiento y distribución de datos................. 40 Figura 35 Matrices para un ensayo de corte. ........................................... 42 Figura 36 Probetas después del ensayo de corte .................................... 42 Figura 37 Representación gráfica del ensayo de tracción ....................... 42 Figura 38 Probeta para el ensayo de compresión ................................... 43 Figura 39 Estructura mecánica de la máquina universal de ensayos ...... 46 Figura 40 Motor de elevación de la máquina de ensayos ........................ 47 Figura 41 Caja de control para sujeción de las mordazas ....................... 47 Figura 42 Mordazas de la máquina de ensayos ...................................... 48 Figura 43 Elementos provistos en el interior de la máquina de ensayos . 49 Figura 44 Gráfica de la bomba hidráulica ................................................ 50 Figura 45 Descripción gráfica de la moto bomba ..................................... 51 Figura 46 Electro válvula Feng DSG-01-2B2-D24-N1-50 ........................ 53 Figura 47 Electro válvula Feng DSG-01-3C2-D24-N1-50 ........................ 53 Figura 48 Encoder incremental YuhengLEC-500BM-G05E ..................... 54 Figura 49 Tarjeta de control PCI original de la máquina .......................... 55 Figura 50 Sensor de presión CYB-12SA West ........................................ 56 Figura 51 Sensor de presión Turck PT5000 ............................................ 57 Figura 52 Tarjeta Universal PCI, original de la máquina .......................... 58 Figura 53 Tarjeta de adquisición de datos NI My DAQ ............................ 58 Figura 54 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la máquina ............. 61 Figura 55 Instalación del Transductor Turck (PT500). ............................. 62 Figura 56 Pines de Conexión del transductor .......................................... 62 Figura 57 Acondicionamiento de la Ni MyDaq para corriente .................. 63 Figura 58 Circuito de conexión para el transductor de presión ................ 64 Figura 59 Implementación del sensor de desplazamiento ....................... 65 Figura 60 Adquisición de datos del sensor de presión ............................. 66 Figura 61 Canales de entradas analógicas .............................................. 67 Figura 62 Adquisición de datos del sensor de presión ............................. 67 Figura 63 Filtrado de la señal del sensor de presión ............................... 68 Figura 64 Presión vs Voltaje del sensor de Presión ................................. 69 Figura 65 Adquisición de datos del sensor de desplazamiento ............... 70 Figura 66 Canal de entrada de la señal del encoder ............................... 70 xix Figura 67 Adquisición de datos del sensor de desplazamiento ............... 71 Figura 68 Desplazamiento vs Distancia/Pulso ......................................... 72 Figura 69 Final de Carrera Implementado ............................................... 72 Figura 70 Canal de adquisición de datos del final de carrera .................. 73 Figura 71 Generación de datos análogos ................................................ 75 Figura 72 Canal de generación de datos análogos .................................. 75 Figura 74 Accionadores manuales reemplazados ................................... 76 Figura 75 Implementación de la válvula de retorno ................................. 77 Figura 76 Generación de datos digitales ................................................. 77 Figura 77 Entradas y salidas digitales de la tarjeta Daq .......................... 78 Figura 78 Configuración de la generación de datos digitales .................. 78 Figura 79 Implementación de módulos de relés ...................................... 79 Figura 80 Implementación de la tarjeta Ni MyDaq ................................... 80 Figura 81 Diagrama de Flujo sobre el funcionamiento del software ........ 81 Figura 82 Diagrama de Flujo de la Caratula ............................................ 82 Figura 83 Esquema de programación para la página de inicio ................ 82 Figura 84 Diagrama de flujo del Menú Principal ...................................... 83 Figura 85 Programa de Selección del tipo de ensayo .............................. 85 Figura 86 Diagrama de Flujo de la Longitud Inicial .................................. 85 Figura 87 Esquema de programación del ingreso de la longitud inicial ... 85 Figura 88 Diagrama de Flujo del Ensayo Mecánico ................................. 86 Figura 89 Programación para la adquisición de datos de los sensores ... 87 Figura 90 Programa para adquirir el Diagrama Esfuerzo-Deformación ... 87 Figura 91 Programación de encendido y apagado de la bomba .............. 88 Figura 92 Programa para el Cálculo de Datos ......................................... 88 Figura 93 Programa para generar un reporte de ensayos ....................... 89 Figura 94 Programación del Reporte en documento Word ...................... 89 Figura 95 Calibración del sensor de presión ............................................ 91 Figura 96 Representación gráfica de la probeta ...................................... 92 Figura 97 Montaje de la probeta en la máquina universal ....................... 92 Figura 98 Diagrama Esfuerzo- Deformación Unitaria .............................. 95 Figura 99 Representación gráfica de medición de la probeta .................. 97 Figura 100 Encendido de la Maquina Universal ......................................... 97 Figura 101 Encendido de Clamping Pump On ........................................... 97 xx Figura 102 Colocación de la probeta en las mordazas .............................. 98 Figura 103 Medición de la probeta para el ensayo de compresión ............ 99 Figura 104 Encendido de la Maquina Universal ......................................... 99 Figura 105 Encendido de Clamping Pump On ......................................... 100 Figura 106 Caja de control de Mordazas. ................................................ 100 Figura 107 Ubicación de la Probeta para Ensayo de compresión ........... 101 Figura 108 Ícono de activación para el programa de ensayos ................. 101 Figura 109 Inicio del HMI para los ensayos mecánicos ........................... 102 Figura 110 Representación gráfica para ensayo de Tracción .................. 102 Figura 111 Representación gráfica datos iniciales ................................... 103 Figura 112 Representación gráfica de valores en cero ............................ 103 Figura 113 Ingreso de la longitud inicial para el ensayo de tracción ........ 104 Figura 114 Inicio del Ensayo de Tracción ................................................ 104 Figura 115 Paro del Ensayo de Tracción ................................................. 105 Figura 116 Representación gráfica de los resultados obtenidos.............. 105 Figura 117 Inicio del reporte del Ensayo de Tracción. ............................. 106 Figura 118 Generación del reporte de Ensayos de Tracción .................. 106 Figura 119 Reporte de Ensayos de Tracción ........................................... 107 Figura 120 Representación gráfica para ensayo de Compresión ............ 108 Figura 121 Datos iniciales de Ensayo de Compresión ............................. 109 Figura 122 Representación gráfica valores en cero ................................. 109 Figura 123 Ingreso de la longitud inicial para el ensayo de compresión . 110 Figura 124 Inicio del Ensayo de Compresión .......................................... 110 Figura 125 Paro del Ensayo de Compresión ........................................... 111 Figura 126 Representación gráfica de los resultados obtenidos.............. 111 Figura 127 Inicio del reporte de Ensayos de Compresión ...................... 112 Figura 128 Generación del reporte de Ensayos de Compresión ............. 112 Figura 129 Reporte de Ensayos de Compresión ..................................... 113 xxi RESUMEN El presente proyecto consistió en la Repotenciación de la Máquina Universal Time Shijin serie Wan-600c para lo cual se consideró la implementación de nuevos dispositivos electrónicos así como elementos para la adquisición de datos, con la implementación de estos equipos se llevó a cabo un completo y mejorado sistema para el desarrollo de las pruebas de materiales. El sistema de adquisición de datos se desarrolló cumpliendo pasos y procesos, como primer paso, recolecta datos de entrada de los equipos electrónicos como los sensores que convierten la señal física en electrónica, siendo estas señales acondicionadas y llevadas a cumplir con el proceso de generación de datos. Para su interpretación y programación de la interface HMI se utilizó el software Labview. Una vez que la información es generada cumpliendo cada uno de los procesos se crea un reporte de los datos obtenidos en el ensayo, el que ayudará a tomar decisiones importantes. Este proyecto se efectuó para ensayos mecánicos demostrativos predeterminados de tracción y compresión, el mismo que tiene un enfoque educativo y no de prestación de servicios. PALABRAS CLAVE:  MÁQUINA UNIVERSAL TIME SHIJIN SERIE WAN-600C  SOFTWARE LABVIEW  HIDRÁULICA  MATERIALES- RESISTENCIA xxii ABSTRACT The present project involved on the repowering of the Universal Time Machine Shijin wan-600c series, For the implementation, there were considered new electronic devices like data acquisition equipment, with the implementation of them was carried out a complete and improved system for the development of materials testing. The data acquisition system was developed fulfilling steps and processes, as a first step, it gathers input data from electronic equipment such as sensors that convert the physical sign in an electronic one, and then these signs are put up and taken to meet with the generation process of data. In order to have a good interpretation trough an interface the algorithms were developed in LabVIEW software. Once the information is generated complying with each of the processes then the program generates a report of the data obtained in the trial, which will help to make important decisions. This process was made taking into account the needs previously met, the program that manages the machine, this makes it easy and easy to learn. This project was carried out for predetermined mechanical testing demonstration tension and compression, the same that has an educational approach rather than service delivery. KEYWORD:  UNIVERSAL MACHINE SHIJIN WAN-600C  LABVIEW SOFTWARE  HYDRAULIC  MATERIALS- RESISTANCE 1 CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO 1.1. Objetivos de la Investigación Objetivo General Realizar la repotenciación de la Máquina Universal Time Shijin Serie WAN- 600C utilizada para la realización de ensayos mecánicos para el laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad De Las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga. 1.1.2. Objetivos Específicos  Analizar y documentar el funcionamiento y operación de la Máquina Universal Time Shijin Serie WAN-600C.  Investigar el acondicionamiento de señales necesarias para repotenciar la máquina universal de ensayos mecánicos.  Repotenciar el sistema de adquisición de transformación de señales de la máquina universal de ensayos mecánicos.  Realizar los ensayos mecánicos de tracción y compresión en muestras de materiales predeterminados utilizando tipos de probetas que ensaya las fábricas de Acero del Ecuador como: Adelca, Novacero. 1.2. Hipótesis La repotenciación de la máquina universal para ensayos mecánicos del laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad de la Fuerzas Armadas Extensión Latacunga ¿Ayudará a la confirmación de datos teóricos obtenidos a través de cálculos analíticos dentro de las aulas? 1.3. Definición de las Propiedades de los materiales Para un diseño futuro es importante saber el tipo de material que se manejará y las propiedades del mismo. 2 1.3.1. Propiedades Mecánicas Las propiedades mecánicas de los materiales refieren al comportamiento de un material en estado sólido a resistir acciones de cargas o fuerzas. Estas propiedades se expresan en términos de cantidades que son funciones del esfuerzo o de la deformación o ambas simultáneamente. Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan realizando ensayos cuidadosos de laboratorio que presentan las condiciones de servicio hasta donde sea posible de cada material, tales como los factores que deben considerarse son la naturaleza de la carga aplicada, su duración, así como las condiciones del medio (Callester, 1995). Las propiedades mecánicas fundamentales son la resistencia, la rigidez, la elasticidad, la plasticidad y la capacidad energética. a. Elasticidad Es la propiedad que presentan los materiales de volver a su estado inicial cuando han sido sometidos una fuerza. La deformación provocada por la acción de una fuerza o carga no es permanente, volviendo el material a su forma original al retirarse la carga. b. Tenacidad Es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturarse. c. Fragilidad Es la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación. d. Ductilidad Es propiedad que presentan los materiales de deformarse sin romperse obteniendo hilos. e. Plasticidad Es la propiedad mecánica de un material anelástico, natural, artificial, biológico o de otro tipo, de deformarse permanentemente e irreversiblemente 3 cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico. 1.4. Ensayos Mecánicos a Materiales Los ensayos mecánicos nos permiten conocer las propiedades que tiene cada uno de los materiales que son sometidos a dichas pruebas. Estos pueden ser de dos tipos los ensayos destructivos y los no destructivos. 1.4.1. Definición de Esfuerzo –Deformación a. Esfuerzo El esfuerzo es la resistencia interna dada por una unidad de área del material del cual está fabricado un miembro a una carga aplicada externamente. El esfuerzo de diseño es ese nivel de esfuerzo que puede desarrollarse en n material al mismo tiempo que se garantiza que el miembro cargado es seguro (Mott, 2009). Esfuerzo = Fuerza área = F A Ecuación 1 El esfuerzo de compresión tiende a aplastar el material del miembro de carga y de esta manera acortarlo, mientras que el esfuerzo de tensión tiende a alargar y a separar el material. b. Deformación Deformación Unitaria ( ε ), se puede definir como la relación existente entre la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar la deformación del elemento sometido a esfuerzos de tensión o compresión axial. ∈= ∆L L Ecuación 2 La deformación unitaria no tiene dimensiones debido a que las unidades del numerador y denominador se anulan por ser las mismas pero para mantener 4 la definición de deformación por unidad de longitud del miembro es mejor mantener las unidades como in/in o mm/mm (Mott, 2009). 1.4.2. Diagrama Esfuerzo –Deformación Unitaria El diagrama que se muestra en la figura 1 es necesario para la determinación de las propiedades de los materiales. Figura 1 Diagrama Esfuerzo.- deformación Fuente: (Mott, 2009) En la figura 1 se muestra el diagrama esfuerzo deformación de los materiales dúctiles. El diagrama empieza con una línea recta desde el punto O hasta el punto A. En esta región, el esfuerzo y la deformación son directamente proporcionales, y se dice que el comportamiento del material es lineal. Después del punto A ya no existe una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación, por lo que el esfuerzo en el punto A se denomina límite de proporcionalidad. Es en esta región donde se llega a cumplir la conocida ley de Hooke. A partir del punto A y hasta llegar a B el comportamiento no es lineal y se observa que las deformaciones crecen rápidamente con pequeños incrementos de tensión. En la zona AB la curva toma cada vez una pendiente más pequeña hasta llegar a B, punto en el que la curva se vuelve prácticamente horizontal. Entre B y C sin variar la tensión se producen notables incrementos de longitud. Este fenómeno se conoce con el nombre de fluencia y el valor de la tensión en C se denomina límite de fluencia. En la zona BC el material se 5 vuelve perfectamente plástico. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. A partir de C aparece el denominado endurecimiento por deformación debido a que el material sufre cambios en su estructura cristalina. Así se observa hasta que llega al punto representado por D en el diagrama. El valor de la tensión en este punto se denomina esfuerzo último, máximo o admisible. A partir de D el alargamiento posterior de la barra se acompaña de una reducción en la carga hasta que llega al punto E del diagrama denominado punto de fractura. En el punto E en la barra se aprecia una importante contracción lateral con notable disminución de la sección transversal. Este fenómeno se conoce con el nombre de estricción. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión- deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica (Mott, 2009). a. Ley de Hooke La ley de Hooke define que la tensión es proporcional a la deformación basado en un experimento llevado a cabo con un sencillo dispositivo en el cual a un plato se le van agregando pesos y se van midiendo las deformaciones producidas progresivamente en el resorte (Salazar, 2007). 𝜎 = 𝐸 ∗ 𝜀 Ecuación 3 Donde: 𝜎 = Esfuerzo axial 𝐸 = Modulo elástico del material o modulo de Young ε = Desformación unitaria 6 b. Módulo de Elasticidad El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material y está representado por la pendiente de la recta OA (figura 1.1). El módulo de la elasticidad es una medida de la rigidez de una material, a veces también llamada rigidez específica, en el Sistema Estado Unidense Tradicional las unidades de la resistencia a la tensión y del módulo de elasticidad se define por libras sobre pulgadas cuadradas (Mott, 1992). Módulo de Elasticidad (E) = Esfuerzo Normal Deformación Normal = σ ε Ecuación 4 Un material con un valor de E elevado se deformará menos con un esfuerzo dado que uno con un valor reducido de E. El término módulo de elasticidad, sin ningún modificador, generalmente se considera como el módulo de tensión. 1.4.3. Ensayos de Tracción Mecánica El en ensayo de tracción es el ensayo más importante ya que proporciona la información más completa de la conducta mecánica de un material sometido a un estado de tensión uniaxial, estado sencillo que se prefiere ante las dificultades que presentan otros estados de tensión aunque éstos presenten mejor las situaciones reales de servicio de los materiales ensayados (Nuñez, Roca, & Jorba, 2011). El objetivo principal de los ensayos de tracción es el someter un material con dimensiones conocidas hasta que se produzca el fallo. La resistencia de un material depende de su capacidad para soportar una carga sin deformación excesiva o falla. Esta propiedad es inherente al material mismo y debe determinarse por experimentación, una de las pruebas más importantes son las de tensión (Mott, 2009). 7 Figura 2 Ensayo de tracción Fuente: (Cervera, 2004) Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o una fuerza aplicada lentamente por una maquina Universal Figura 2, las velocidades de deformación en un ensayo de tensión son relativamente pequeñas. El resultado del ensayo de tracción es una gráfica en la que se representa en abscisas el incremento de longitud de la probeta en cada instante, dividido entre su longitud inicial, y en ordenadas la fuerza aplicada en cada instante, dividida entre el área de la sección de la probeta (ver la figura 3). Figura 3 Magnitudes presentes en el ensayo de tracción Fuente: (Cervera, 2004) Porcentaje de Alargamiento.- Es el porcentaje que tiene la probeta luego de ser sometida a tracción su medición se la realiza entre dos puntos y es expresada en tanto por ciento. % 𝑎𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑙𝑓 − 𝑙0 𝑙0 Ecuación 5 Donde: lf = Longitud final de la probeta l0 = Longitud inicial de la probeta 8 1.4.4. Ensayos de comprensión mecánica Los ensayos de compresión-deformación se llevan a cabo si las fuerzas que operan en servicio son de este tipo. Un ensayo de compresión se ejecuta de forma similar a un ensayo de tracción, excepto que la fuerza es compresiva y la probeta se contrae a lo largo de la dirección de la fuerza. Una fuerza de compresión se considera negativa y, por tanto, produce un esfuerzo negativo, como se muestra en la figura 5. Los ensayos de tracción son mucho más comunes porque son más fáciles de realizar; pero por otra parte, para la mayoría de los materiales utilizados en aplicaciones estructurales, se obtiene muy poca información adicional a partir del ensayo de compresión. Los ensayos de compresión se utilizan cuando se desea conocer el comportamiento del material bajo deformaciones permanentes grandes (plásticas), tal como ocurren en los procesos de conformación, o bien cuando tiene un comportamiento frágil a tracción (Callester, 1995). Figura 4 Ensayo de compresión Fuente: (EcuRed, 2013) Existen algunas limitaciones para el ensayo de compresión.  La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial.  El carácter relativamente inestable de este tipo de carga, existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a que el 9 efecto de las irregularidades de alineación de las accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue.  La fricción entre las placas de apoyo de la máquina y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de ésta, esto puede alterar considerablemente los resultados del ensayo. Figura 5 Diagrama esfuerzo–deformación para ensayo de compresión Fuente: (Garcia, 2009) Como se puede observar en la figura 5, el diagrama obtenido en un ensayo de compresión presenta varios tramos como:  Límite de proporcionalidad: OA: Periodo de proporcionalidad. Ley de Hooke.  Límite de rotura o aplastamiento: AB: Limite de fluencia al aplastamiento. Esfuerzo a partir del cual las deformaciones son permanentes. 1.4.5. Ensayos de corte mecánico El esfuerzo de corte se distingue de los esfuerzos de tensión y de compresión por la forma en la que se aplica la carga en el plano, mientras que los esfuerzos de tensión y compresión actúan perpendicular al plano el esfuerzo de corte actúa de forma paralela al plano. 10 Debido a que el ensayo de corte tiene poca aplicación práctica, rara vez se lo solicita en las especificaciones, ya que no permite deducir características mecánicas de importancia en el material que se ensaya (véase figura 6). Figura 6 Ensayo de corte mecánico Fuente: (ONI, 2012) El esfuerzo de corte no puede ser obtenido prácticamente como un esfuerzo puro o simple, ya que generalmente se produce un esfuerzo de flexión, cuyo valor variará según el procedimiento a seguir pues es indudable que si se considera una sola cuchilla su importancia decrecerá, aunque también se tendrá una pequeña influencia en el valor obtenido sobre la dureza del filo y la penetración en cuña del mismo. Sin embargo prácticamente se calcula el esfuerzo de corte como si se tratara de un esfuerzo simple, aplicando la ecuación de tensión ya conocida, debido a que éste predomina tomando valores de tal magnitud que permiten despreciar los efectos secundarios. 1.4.6. Normas técnicas de ensayo de tensión o tracción mecánica La mencionada normativa indica las dimensiones admisibles en las probetas, el procedimiento correcto de ensayo y los instrumentos de medida que se han de utilizar así como el tratamiento de datos que debe realizarse. Las normas técnicas se rigen a estudios ya realizados y tienen como función normalizar un procedimiento determinado, obligando a las personas a cumplir con lo establecido. Se anuncia algunas normas tanto nacionales como internacionales: 11 a. Normas técnicas ecuatorianas Las normas técnicas que en el Ecuador están vigentes son las normas técnicas INEN (Instituto Ecuatoriano de Normalización), tienen por objeto establecer el método para el ensayo de tracción, en el ensayo de tracción del acero, existen varias:  NTE INEN 109:2009, ENSAYO DE TRACCIÓN PARA MATERIALES METÁLICOS A TEMPERATURA AMBIENTE. Esta norma determinada el método para el ensayo de tracción de materiales metálicos y define las propiedades mecánicas que se pueden determinar a temperatura ambiente. Se aplica al ensayo de tracción de todos los productos de acero de sección transversal constante. Para ciertos materiales metálicos y aplicaciones particulares, el ensayo de tracción debe estar sujeto a normas específicas o exigencias particulares (INEN, 2009). El ensayo comprende el estiramiento de una probeta por una fuerza axial de tracción proporcional a sus dimensiones, mediante una máquina para ensayo de tracción para establecer durante su deformación una o más características mecánicas. El ensayo se llevara a cabo a temperatura ambiente comprendida entre + 10ºC y + 35ºC, a menos que se especifique de otra manera. En esta norma se aplican las siguientes definiciones:  Longitud calibrada (L). Es la longitud de la sección cilíndrica o prismática de la probeta de ensayo en la que se va a medir la elongación en cualquier momento durante el ensayo.  Longitud calibrada inicial (Lo). Longitud previamente calibrada antes de la aplicación de la carga.  Longitud calibrada final (Lu). Es la longitud calibrada después de la rotura de la probeta ensayo.  Longitud paralela (Lc). Se refiere a la longitud de la sección reducida paralela de la probeta de ensayo.  Elongación. Es el incremento de la longitud calibrada inicial (Lo) en cualquier instante del ensayo. Dentro de este parámetro hay que tomar en cuenta los siguientes términos: Porcentaje de elongación, porcentaje de 12 elongación permanente, porcentaje de elongación después de la rotura, porcentaje de elongación total a la rotura, porcentaje de elongación al esfuerzo máximo.  Longitud calibrada del extensómetro (Le).Es la longitud de la sección paralela de la probeta de ensayo usada para la medición del alargamiento por medio de un extensómetro.  Extensión. Incremento de la longitud calibrada (Le) del extensómetro en un momento dado del ensayo. Dentro de este parámetro hay que tomar en cuenta los siguientes términos: porcentaje permanente de extensión y el porcentaje de extensión en el límite de fluencia.  Porcentaje de reducción de área (Z): Cambio máximo en el área de la sección transversal que ha ocurrido durante el ensayo (So – Su) expresado como un porcentaje del área de la sección transversal inicial (So).  Carga máxima (Fm): Es la carga más alta que ha resistido la probeta durante el ensayo, una vez que ha sido superado el límite de fluencia. Para materiales que no presentan puntos de fluencia este es el máximo valor durante el ensayo.  Esfuerzo. Carga en cualquier momento del ensayo dividida por el área de la sección transversal inicial (So) de la probeta de ensayo.  Resistencia a la tracción (Rm). Esfuerzo correspondiente a la carga máxima (Fm).  Resistencia a la fluencia (límite de fluencia).Se produce cuando el material metálico muestra un fenómeno de fluencia, se alcanza un punto durante el ensayo en el cual la deformación plástica se produce sin ningún incremento en la carga. Se definen dos tipos de fluencia: Límite de fluencia superior, valor del esfuerzo en el momento en que se observa el primer decrecimiento de la carga y Límite de fluencia inferior, valor más bajo del esfuerzo en el campo plástico, ver figura 7. 13 Figura 7 Límite de fluencia superior e inferior en diferentes curvas Fuente: (INEN, 2009)  Esfuerzo de prueba con alargamiento no proporcional (Rp): El esfuerzo al cual la extensión no proporcional es igual al porcentaje especificado en la longitud calibrada del extensómetro (Le).  Esfuerzo de prueba con extensión total (Rt): El esfuerzo al cual la extensión total (extensión elástica más extensión plástica) es igual al porcentaje especificado en la longitud calibrada del extensómetro (Le). En el contenido de esta norma se utilizarán los símbolos y sus correspondientes designaciones, las mismas que se establecerán en la tabla 1. Tabla 1 Símbolos y designaciones de la norma NTE INEN 109:2009 Nombre de Referencia Símbolo Designación Unidades PROBETA 1 a Espesor de la probeta de ensayo plana o de la pared de un tubo mm CONTINÚA 14 2 b Ancho de la longitud paralela de la probeta de ensayo plana o ancho promedio de una tira longitudinal tomada de un tubo o ancho de un alambre plano mm 3 d Diámetro de la longitud paralela de una probeta circular o diámetro de un alambre Redondo o diámetro interno de un tubo. mm 4 D Diámetro externo de un tubo mm 5 Lo Longitud calibrada inicial mm - L’o Longitud calibrada inicial para determinar Ag mm 6 Lc Longitud paralela mm - Le Longitud calibrada del extensómetro mm 7 Lt Longitud total de la probeta mm 8 Lu Longitud final calibrada después de la rotura mm - L’u Longitud calibrada final después de la rotura para determinar Ag mm 9 So Área de la sección transversal inicial de la longitud paralela. mm 2 10 Su Área mínima de la sección transversal después de la rotura. mm 2 k Coeficiente de proporcionalidad. 11 Z Porcentaje de reducción de área % 12 - Área de la sección transversal inicial de la longitud paralela. - ELONGACIÓN 13 - Elongación después de la rotura Lu–Lo mm 14 A Porcentaje de elongación después de la rotura. % 15 Ae Porcentaje de extensión en el punto de fluencia % 16 ΔLm Extensión a la carga máxima mm 17 Ag Porcentaje de elongación no proporcional, a la carga máxima(Fm) % 18 Agt Porcentaje de elongación total, a la carga máxima(Fm) % 19 At Porcentaje de elongación total, a la rotura % 20 - Porcentaje especificado de extensión no proporcional % 21 - Porcentaje de extension total. % CARGA 22 Fm Carga Máxima N Límite de fluencia– Esfuerzo de prueba–Resistencia a la tracción 23 ReH Límite de fluencia superior MPa 24 ReL Límite de fluencia inferior MPa 25 Rm Resistencia a la tracción MPa 26 Rp Esfuerzo de prueba con extensión no proporcional MPa 27 Rr Esfuerzo a la deformación permanente MPa 28 Rt Esfuerzo de prueba con extensión total MPa - E Módulo de elasticidad MPa Fuente: (INEN, 2009) 15 Las diferentes mediciones de las probetas según la norma NTE INEN 109: 2009 se encuentran en el anexo A.  NTE INEN 143:1973, ENSAYO DE TRACCIÓN PARA TUBOS DE ACERO Esta norma se aplica para ensayos de tracción de tubos completos de acero o secciones longitudinales de espesor completo, cortadas de los tubos de acero. El ensayo de la sección longitudinal no se efectúa en tubos cuyas paredes tengan un espesor menor que 0,5 mm (0.02"). El ensayo se fundamenta en someter una longitud de tubo de sección completa, o una sección longitudinal cortada de un tubo, con espesor igual a la pared del mismo, a un incremento del esfuerzo de tracción, hasta llegar a la rotura, con el objeto de determinar una o más de las propiedades (INEN, 1976). Dentro de esta norma se detallan los siguientes términos:  Longitud inicial entre marcas (Lo). Se refiere a la longitud entre marcas, antes de la aplicación de las cargas.  Longitud final entre marcas (Lu).Longitud entre marcas después de la rotura de la probeta y una vez que los dos fragmentos han sido ajustados cuidadosamente, de manera que sus ejes respectivos permanezcan colineales.  Alargamiento permanente porcentual. Es la variación de la longitud entre marcas de la probeta sometida a una tensión prescrita y luego descargada.  Alargamiento porcentual después de la rotura (A). Alargamiento permanente de la longitud entre marcas después de la rotura de la probeta, expresado en porcentaje de la longitud inicial entre marcas Lo.  Reducción porcentual del área por estricción (Z). Es la máxima disminución de la sección transversal que se produce durante el ensayo, expresada en porciento del área de la sección inicial So.  Carga máxima (Fm).Determinada como la mayor carga que soporta la probeta.  Carga final (Fu).Carga soportada por la probeta en el momento de la rotura. 16  Carga en el límite de fluencia (Fe). Es la carga bajo la cual sucede por primera vez un aumento en el alargamiento de la probeta, sin un incremento de la carga o aún con la disminución de ésta.  Esfuerzo. Es el cociente entre la carga y el área de la sección transversal inicial de la probeta, en cualquier momento del ensayo. La tabla 2 detalla la simbología y designación los parámetros sobresalientes de la norma 143 establecida para ensayos de tracción para tubos de acero Tabla 2 Símbolos y designaciones de la norma NTE INEN 143:1973 N° Símbolo Designación Unidad 1 D Diámetro exterior de los tubos redondos, o en tubos de otras secciones transversales. mm 2 a Espesor del tubo mm 3 b Ancho medio del fleje longitudinal mm 4 Lo Longitud inicial entre marcas mm 5 Lc Longitud paralela mm 6 Lt Longitud Total mm 7 - Extremos amordazados - 8 So Área de la sección transversal inicial de la parte equilibrada mm2 9 Lu Longitud final entre marcas mm 10 Su Área mínima de la sección transversal de la parte calibrada después de la fractura mm2 11 - Alargamiento permanente después del límite de fluencia mm 12 Fe Carga en el límite de fluencia daN 13 Re Esfuerzo en el límite de fluencia daN/mm2 14 Fm Carga Máxima daN 15 Rm Resistencia a la tracción daN/mm2 16 Fu Carga final en el momento de la rotura daN 17 Lu-Lo Alargamiento permanente después de la rotura. mm 18 A Alargamiento porcentual después de la rotura. % 19 Z Reducción porcentual después del área de la rotura % 20 Ra Esfuerzo correspondiente a un alargamiento permanente prescrito. daN/mm2 21 - Alargamiento permanente prescrito. % 22 Rc Esfuerzo en el límite convencional de elasticidad. daN/mm2 23 - Limite convencional de elasticidad % Fuente: (INEN, 1976) 17 Las gráficas de las diferentes medidas para este tipo de probetas se representan en el Anexo A. b. Norma técnica internacional Las normas técnicas internacionales ASTM (Sociedad Americana para el Ensayo y Materiales) e ISO (Organización Internacional para Regularización), también son aplicadas dentro del país, y son utilizadas como base para la elaboración de las normas INEN, por lo cual se menciona la norma:  NTE INEN-ISO 377:2009, ACERO Y PRODUCTOS DE ACERO - LOCALIZACIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRAS Y PROBETAS PARA ENSAYOS MECÁNICOS. Esta Norma detalla requisitos para la identificación, ubicación, preparación de muestras y probetas destinadas para ensayos mecánicos en secciones de acero, barras, varillas, productos planos y productos tubulares, como se define en la ISO 6929. No es aplicable para ensayos no destructivos. Esta norma no es aplicable para ensayos no destructivos pero si para muestras y probetas que son para el uso en pruebas que se llevan a cabo de conformidad con los métodos especificadas en el producto o en la norma del material o, en la ausencia de esto, en la norma de ensayo(INEN, 2009).  NORMAS ASTM E8, E8M-09 La ASTM determina a la norma E8, E8M-09 como Métodos de Prueba Estándar para Pruebas de Tensión de Materiales Metálicos. Estas pruebas de tensión suministran información sobre la resistencia y la ductilidad de los materiales en tracción uniaxial. Esta información puede ser útil en las comparaciones de los materiales, el desarrollo de aleación, control de calidad y diseño en determinadas circunstancias. Se utilizan probetas con dimensiones especificas tal y como se muestra en la figura 8. 18 Figura 8 Dimensiones de las probetas para ensayos de tracción Fuente: (Escacena, 2006) En la tabla 3 se detallan las dimensiones en milímetros admisibles para probetas que se utilizan en ensayos de tracción según la norma ASTM E8, E8M-09. Tabla 3 Dimensiones admisibles para probetas de ensayos de tracción Dimensiones mm Muestra Estándar Tamaño de muestras pequeñas proporcionales al estándar Símbolos 12.5 9 6 4 2.5 G Longitud Calibrada 62.5±0.1 45.0±0.1 30.0±0.1 20.0±0.1 12.5±0.1 D Diámetro de la sección reducida 12.5±0.2 9.0±0.1 6.0±0.1 4.0±0.1 2.5±0.1 R Radio del filete 10 8 6 4 2 A Longitud de la sección reducida 75 54 36 24 20 Fuente: (Escacena, 2006) Para estas probetas se deben verificar las medidas A, D y R. El diámetro de la sección reducida (D) se mide en tres puntos, anotando estos valores y considerando el valor medio como diámetro. Además se debe comprobar en cada caso que la sección reducida no presente irregularidades tales como entallas o marcas que puedan provocar una variación en la medida realizada (Escacena, 2006). Los resultados de las pruebas de tensión de las muestras a máquina a las dimensiones normalizadas de las partes seleccionadas de una pieza o material no del todo pueden representar la fuerza y propiedades de ductilidad del producto final completo o su comportamiento en servicio en diferentes ambientes. Estos métodos de ensayo cubren los test de tensión de los materiales metálicos en cualquier forma a temperatura ambiente, en concreto, 19 los métodos de determinación de la resistencia a la fluencia, fluencia, resistencia a la tracción, el alargamiento, y la reducción de la superficie. 1.5. Máquina para ensayos mecánicos Se denomina máquina universal a una máquina similar a una prensa utilizada para someter materiales a ensayos de tracción y comprensión y de esta manera medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o mordazas accionadas por tornillos o por un sistema hidráulico. La máquina de ensayos universales (ver Figura 9) tiene como función comprobar la resistencia de distintos tipos de materiales. Para esto está provisto de un sistema que aplica cargas controladas sobre una probeta) y mide en forma de grafica la deformación, y la carga al momento que se produce su ruptura. Figura 9 Máquina universal de ensayos mecánicos Fuente: (Shijin, 2003) Dichas máquinas se llaman así porque poseen las especificaciones de carga universales, es decir, que posee las medidas exactas de peso en kilogramos. La palabra ensayo significa realizar pruebas, en el ámbito de laboratorio, todo para llegar a unas conclusiones. Se usan probetas a escala, que conservan las propiedades completas del material que se desea probar (Pinto, 2013). 20 Entre los tipos de ensayos más conocidos se encuentran: tracción, comprensión, cizalladura, flexión, pelado, desgarramiento, cíclico y ductilidad a la flexión; de lo cual se obtienen algunas propiedades como: elasticidad, dureza, embutibilidad, resistencia, etc. 1.5.1. Sistema Mecánico El tablero de peso está conformado por un cabezal superior y un cabezal inferior. El cabezal ajustable, el cual es normalmente motorizado, permanece fijo durante la prueba. Su juego de ajuste es usado solamente para cambios de herramientas, etc., y no se usa para aplicar cargas (ver figura 10). Las máquinas que se emplean para el ensayo mecánico generalmente contienen los siguientes elementos para: sujetar la probeta, para deformarla, para medir la carga necesaria para producir la deformación. Algunas máquinas omiten la medición de la carga y la sustituyen por una medición de deformación, mientras que otras máquinas efectúan tanto la medición de la carga como la de la deformación por medio de aparatos que forman parte integrante de la máquina misma o bien son auxiliares de ella. Figura 10 Partes relevantes de una máquina de ensayos Fuente: (Shijin, 2003) 21 En la mayoría de máquinas de ensayo universales, se regula la deformación como la variable independiente y se mide la carga resultante, y en muchas maquinas especializadas, particularmente las que trabajan con cargas ligeras, se regula la carga y se determina la deformación resultante (Marks, 2002). La figura 10 detalla algunas de las partes más relevantes de una máquina de ensayos mecánicos, los mismos que se definen a continuación: a. Cruceta Superior La posición superior de la cruceta se puede ajustar de acuerdo con la longitud de las muestras de ensayo. b. Pinza hidráulica automática Produce la acción de cuña para un agarre hidráulico independiente que sostenga firmemente las muestras. Asegurar la seguridad y fiabilidad durante ensayos de tracción. c. Cruceta Inferior La cruceta inferior es impulsada por el motor y el engranaje para hacer que se mueva hacia arriba y a una distancia preestablecida. d. Espacio de Prueba Es un doble espacio que se utiliza según la prueba mecánica requerida; el espacio de ensayo superior se utiliza para realizar ensayos de tracción, mientras que el espacio de ensayo inferior se usa para hacer ensayos de compresión (Shijin, 2003). 1.5.2. Sistema Hidráulico El sistema hidráulico de una máquina universal de ensayos mecánicos posee varios componentes que hacen que su acción sea efectiva. A continuación se establecen algunos elementos: 22 a. Motor Eléctrico Los motores eléctricos son el fundamento básico de toda la mecánica en general, ya que convierte la energía eléctrica en energía mecánica y ésta a su vez en movimiento. Los motores cumplen un amplio en la vida moderna, esto siendo desde el propio hogar hasta cualquier tipo de actividad que desarrolle el hombre. Hay una variedad amplia de motores tanto en formas, tipos y tecnologías aplicadas para conseguir a partir de la electricidad la rotación. Los motores asincrónicos trifásicos son los más utilizados (Roldán, 1994). Figura 11 Partes de un motor eléctrico de corriente alterna Fuente: (Zona Vertigo 2040, 2012) Dentro de un motor se pueden distinguir tres partes fundamentales (ver figura 11) : la carcasa o caja que envuelve las partes eléctricas del motor (es la parte externa); el estator cuando se trata de motores de corriente alterna, consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado estatórico, que es una parte fija y unida a la carcasa; y por ultimo tenemos el rotor cuando se trata de motores de corriente alterna, consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado rotórico, que constituye la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor(Zona Vertigo 2040, 2012). En cuestiones industriales es común utilizar motores de corriente alterna ya que la mayoría de maquinaria acciona con este tipo de corriente. Los motores de corriente alterna trifásicos se clasifican en: 23  Motor sincrónico El motor síncrono es un alternador trifásico que funciona a la inversa. La velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético del estator son iguales, funcionan a la velocidad de sincronismo, sin deslizamiento, como la frecuencia es fija, la velocidad del motor permanece constante, independientemente de la carga o voltaje de la línea trifásica. Figura 12 Rotor de un motor sincrónico Fuente: (Durán, 2013) Su funcionamiento se basa en que los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica (López, 2013). Este tipo de motor no se emplea industrialmente por una serie de problemas que origina su puesta en marcha proceso de trabajo y desconexión.  Motor Asincrónico Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo magnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor. El motor asíncrono no ofrece problemas de puesta en marcha y parada ni durante el proceso de trabajo siendo su rendimiento muy aceptable dentro del campo industrial. 24 Figura 13 Esquema circular de un motor asincrónico Fuente: (Roldán, 1994) Como se observa en la figura 13 consta de estator y rotor. El estator es la parte en reposo del motor. En él están las ranuras en que va el bobinado.. Los principios U-V-W y finales X-Y-Z de las fases van en una caja de conexiones o bornes que podrán ir conectados en estrella o triángulo. El rotor es generalmente de jaula de ardilla o cortocircuito. En este caso no lleva bobinado alguno. b. Bomba hidráulica Se define como máquinas generadoras a aquellas que transmiten la energía al fluido mediante el movimiento de un elemento rotatorio llamado impelente y que obliga al fluido a moverse de forma acelerada por su interior, esto se resume en que una bomba hidráulica debe cumplir dos misiones: mover el líquido y obligarlo a trabajar. Figura 14 Esquema de una bomba hidráulica con engranajes externos Fuente: (Automatización Industrial, 2011) 25 Las bombas de desplazamiento positivo son un tipo de bombas que tienen como principio el teorema de Pascal, y una construcción difícil que las hacen en la mayoría de los casos de coste elevado. Esta dificultad es consecuencia de la necesidad de dar estanquidad a la separación entre las zonas de presión elevada y reducida, y la de la propia bomba con el exterior (Berrondo, Mongelos, & Pellejero, 2007).Se clasifican en bombas alternativas y bombas rotativas.  Bombas Alternativas Las bombas alternativas constan esencialmente de una carcasa cilíndrica con un émbolo desplazable en uno y otro sentido y una serie de válvulas que comunican las tuberías de aspiración e impulsión con el interior de la carcasa. Las bombas alterativas se sub clasifican en: bombas de émbolo y de membrana, considerando la esencia del elemento que se desplaza alternativamente. Figura 15 Esquema de una bomba de émbolo Fuente: (Mestizo, 2014)  Bombas Rotativas Las bombas rotativas, también denominadas rotoestáticas, constan de un cuerpo de bomba de forma variable, dentro del cual están instaladas unas piezas móviles giratorias que provocan el desplazamiento positivo del líquido. Las piezas móviles están dispuestas de tal forma que crean volúmenes en una zona de la carcasa, estableciendo automáticamente una depresión que aspira el líquido, a continuación lo desplaza y por último lo deposita en otra zona donde el líquido se halla a presión. 26 Figura 16 Esquema gráfico de una bomba con engranajes internos Fuente: (Automatización Industrial, 2011) Estas bombas no poseen válvulas, provocando así que se requiera un ajuste perfecto entre las distintas piezas, para impedir que el líquido retroceda y de esta forma obtener un alto rendimiento. Se utilizan en general, para obtener grandes presiones, y por lo tanto para generar grandes fuerzas; solo pueden trabajar con líquidos viscosos, que sirven a la vez de lubricantes, con un alto grado de limpieza (Berrondo, Mongelos, & Pellejero, 2007) c. Válvulas Una válvula (ver figura 17) es un elemento o dispositivo usado para controlar el flujo de un fluido en una canalización o tubería, el control de un fluido en una tubería incluye: cantidad de flujo y dirección. Es importante entonces para las características de una válvula el tipo de fluido, así como las condiciones del mismo (Pérez, 2000). Figura 17 Válvula de Control Representativa Fuente: (Creus, 1993) 27 A continuación se detallan algunas de las válvulas más representativas dentro de una máquina:  Válvulas distribuidoras Las válvulas distribuidoras (ver figura 18) son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenada en un depósito (Pérez, 2000). Figura 18 Esquema de una válvula distribuidora 4/2 Fuente: (WordPress, 2012)  Válvulas reguladoras de caudal unidireccionales El funcionamiento de estas válvulas se basa en que para reducir el caudal se debe reducir la sección de paso en la tubería. Se puede mantener el caudal circulante por un conducto a pesar de disminuir la sección de paso esto a costa de una mayor pérdida de carga. La pérdida de carga aumenta en proporción inversa al cuadrado de la sección de paso. Para conservar un caudal debe fijarse un paso de aceite (Pérez, 2000). El principio básico de un regulador de caudal se basa en la relación entre caudal, paso y pérdida de carga (ver figura 19). 28 Figura 19 Gráfica de una válvula reguladora unidireccional Fuente: (WordPress, 2012)  Válvula limitadora de presión o de seguridad Las válvulas limitadoras son conocidas como válvulas de alivio o sobrepresión. Su función es limitar la presión máxima ya que no admiten que la presión en el sistema sobrepase un valor máximo admisible. Es una válvula normalmente cerrada y sólo se abre y vierte parte o todo el caudal de la bomba al depósito cuando llega a alcanzar el valor calibrado previamente preestablecido. Las válvulas se ponen en derivación en el circuito. Son de dos vías (Mestizo, 2014). La figura 20 muestra el esquema de una válvula limitadora de presión. Figura 20 Gráfica de una válvula limitadora de presión Fuente: (Mestizo, 2014) d. Cilindro Hidráulico Un cilindro hidráulico es un componente que convierte la potencia fluídica en fuerza mecánica y movimiento lineal. Consiste de una elemento movible, como un pistón, un vástago, etc., actuando dentro de un cilindro. Como se observa en la figura 21 las partes de trabajo esenciales son: camisa cilíndrica 29 encerrada entre dos cabezales, el pistón con sus guarniciones, y el vástago con su buje y guarnición. Figura 21 Gráfica de un cilindro hidráulico con sus partes Fuente: (Rodríguez, 2014) En los sistemas hidráulicos y neumáticos la energía es transmitida a través de tuberías, esta energía se obtiene en función del caudal y presión del aire o aceite que circula en el sistema. La presión del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro, el caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de desplazamiento del mismo. La combinación de fuerza y recorrido produce trabajo, y cuando este trabajo es realizado en un determinado tiempo produce potencia (Pérez, 2000). Los tipos de cilindros más utilizados para las máquinas de ensayos son:  Cilindro Simple efecto Se denomina cilindro de simple efecto a dichos cilindros que hidráulicamente solo se moverá en un sentido, y el movimiento opuesto lo realiza por un medio mecánico, como puede ser un muelle, o por la ley de la gravedad. Se pueden identificar a simple vista al tener solo una conexión hidráulica(Automantenimiento, 2012). 30 Figura 22 Cilindro actuador tipo émbolo de simple efecto Fuente: (Sapiensman, 2014)  Cilindro de doble efecto Los cilindros de doble efecto son aquellos que generan movimiento en los dos sentidos por medio de la energía hidráulica. Tienen dos conexiones hidráulicas, una de ellas para extraer el pistón y la otra para contraer el pistón por medio de los componentes del circuito hidráulico(Automantenimiento, 2012). Figura 23 Cilindro émbolo de doble efecto Fuente: (Sapiensman, 2014) 1.5.3. Sistema Eléctrico-Electrónico El sistema eléctrico electrónico tiene ciertos parámetros de medición que debe tomar en cuenta, estos son:  La fuerza aplicada por la Máquina Universal.  La deformación que sufre el material ensayado.  El desplazamiento del pistón del sistema hidráulico. 31 Las máquinas para estas pruebas comprenden de un accionamiento que realiza una deformación regular a la muestra y los mide con indicadores que permiten medir la fuerza y el alargamiento de la probeta. La señal que emiten los sensores debe ser sometida a un acondicionamiento y posteriormente por medio de una tarjeta de adquisición de datos conectarla a un puerto de la computadora. A continuación se establecen algunas de las partes importantes para que el sistema eléctrico-electrónico realice sus funciones: a. Sensores Un sensor es un dispositivo que pertenece al conjunto de los transductores pero con una característica particular distintiva, este tiene una energía de salida eléctrica, esto quiere decir que la energía de entrada puede ser de diferente tipo pero la salida siempre será una variable eléctrica que refleja el valor de una propiedad capaz de ser cuantificada y manipulada (Pérez, 2000), tal como se muestra en la figura 24. Figura 24 Esquema del funcionamiento de un sensor Fuente: (Meganeboy, 2014) Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Dependiendo del tipo de sensor, su salida eléctrica puede ser un voltaje, corriente, resistencia u otro atributo eléctrico que varía con el tiempo. Algunos sensores pueden requerir componentes adicionales y circuitos para producir correctamente una señal que puede ser leída con precisión y con toda seguridad por un dispositivo DAQ (National Instruments Corporation, 2015). Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes: 32  Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.  Precisión: error de medida máximo esperado.  Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula.  Linealidad o correlación lineales: Se produce cuando el valor de la variable de entrada es directamente proporcional al valor de la variable de salida.  Sensibilidad: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.  Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.  Rapidez de respuesta: depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.  Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, estas pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor. Dentro de una máquina de ensayos se distinguen dos tipos de sensores fundamentales, estos son:  Galgas Extensométricas (straingage) Se basan en la variación de longitud y de diámetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión. Existen dos tipos de galgas extensométricas: galgas cementadas (ver figura 25) formadas por varios bucles de hilo muy fino que están pegados a una hoja de cerámica, papel o plástico, y una galga sin cementar (ver figura 26) en las que los hilos de resistencia descansan entre un armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial (Creus, 1993) 33 Figura 25 Esquema de una Galga Cementada Fuente: (Creus, 1993) Figura 26 Esquema de una Galga sin Cementar Fuente: (Creus, 1993) En estos dos tipos de galgas, la aplicación de presión estira o comprime los hilos según sea la disposición que el fabricante haya adoptado, modificando pues la resistencia de los mismos. La galga forma parte de un puente de wheatstone, véase la figura 27. Y cuando esta sin tensión tiene una resistencia eléctrica determinada. Se aplica al circuito una tensión, nominal tal que la pequeña corriente que circula por la resistencia crea una caída de tensión en la misma y el puente de se equilibra para estas condiciones (Creus, 1993). 34 Figura 27 Puente de Wheatstone para galga extensométricas Fuente: (Creus, 1993) Cualquier variación de presión que mueva el diafragma del transductor cambia la resistencia de la galga y desequilibra el puente. El intervalo de medida de estos transductores varía de 0-0,6 a 0-10.000 bar y su presión es del orden de ±0,5%. Las galgas extensométricas pueden alimentarse con c.c. o c.a. Tienen una respuesta frecuencia al excelente y pueden utilizarse en medidas estáticas y dinámicas. Presentan una compensación de temperatura relativamente fácil y generalmente no son influidas por campos magnéticos. Con excepción de las galgas de silicio difundido poseen las siguientes desventajas: señal de salida débil, pequeño movimiento de la galga, alta sensibilidad a vibraciones y estabilidad dudosa a lo largo del tiempo de funcionamiento. La galga de silicio difundido tiene la ventaja adicional de estar en contacto directo con el proceso sin mecanismos intermedios de medición de la presión pudiendo así trabajar correctamente aunque el fluido se deposite parcialmente sobre el diafragma del elemento ya que mide directamente la presión del fluido y no la fuerza que este hacer sobre el diafragma (Creus, 1993).  Sensor de presión Los sensores de presión o transductores de presión, son muy habituales en cualquier proceso industrial o sistema de ensayo. Su objetivo es transformar 35 una magnitud física en una eléctrica, en este caso transforman una fuerza por unidad de superficie en un voltaje equivalente a esa presión ejercida. Los formatos son diferentes, pero destacan en general por su robustez, ya que en procesos industriales están sometidos a todo tipo de líquidos, existiendo así sensores de presión para agua, sensores de presión para aceite, líquido de frenos, etc. Figura 28 Sensor de presión tipo Turck PT 1500 Fuente: (Turck, 2015) Los rangos de medida y precisión varían mucho en función de la aplicación existen distintos tipos de sensores de presión dentro de ellos. La figura 28 muestra uno del sinnúmero de sensores de presión disponibles en el mercado. (Sensing, 2015).  Encoder Los encoders son sensores que generan señales digitales en respuesta al movimiento. Para medir movimientos lineales, velocidad y posición se les usa en conjunto con dispositivos mecánicos tales como engranes, ruedas de medición o flechas de motores. Figura 29 Representación de un Encoder Yuheng Fuente: (Yuheng Optics, 2013) 36 Están disponibles en dos tipos, uno que responde a la rotación, y el otro al movimiento lineal, y están disponibles con diferentes tipos de salidas, uno de ellos son los encoders incrementables, que generan pulsos mientras se mueven y se utilizan para medir la velocidad, o la trayectoria de posición. Otro tipo de encoders son los absolutos que generan multi-bits digitales, que indican directamente su posición actual (West Instrumenst, 2010). Encoder Incremental Los encoders de incremento proveen un número específico de pulsos espaciados equitativamente por revolución, por pulgada o milímetro de movimiento lineal como se muestra en la figura 30. Se utiliza un solo canal de salida para aplicaciones donde el sentido de la dirección de movimiento no es importante (unidireccional), en caso de que requiera el sentido de dirección, se utiliza la salida de cuadratura (bidireccional), con dos canales de 90 grados eléctricos fuera de la fase. Figura 30 Representación gráfica de señales incrementales Fuente: (West Instrumenst, 2010) Una salida de un encoder incremental indica movimiento y para determinar la posición, sus pulsos deben ser acumulados por un contador. La cuenta está sujeta a pérdida durante una interrupción de energía o corrupción por transistores eléctricos. Cuando comienza, el equipo debe ser dirigido a una referencia o posición de origen para inicializar los contadores de posición. Encoder Absoluto Un encoder absoluto genera mensajes digitales lo cual representa la posición actual del encoder, así como su velocidad y dirección de movimiento. Su característica particular es si la energía se pierde, su salida será corregida cada vez que la energía sea reestablecida, ya que no es necesario ir a una posición referencial como con los encoders de tipo incremental. 37 La resolución de un encoder absoluto es definida como el número de bits por mensaje de salida. Esta salida puede ser directamente en código binario o Gray, el cual produce un cambio de un solo bit encada paso para reducir errores. b. Acondicionamiento de señales La mayoría de las señales requieren de preparación antes de poder ser digitalizadas. Aún las señales de voltaje puro pueden requerir de tecnología para bloquear señales grandes de modo común o picos. Todas estas tecnologías de preparación son formas de acondicionamiento de señal. Los siguientes son algunos de los procesos que se pueden presentar en el acondicionamiento de una señal:  Protección para evitar daño al siguiente elemento.  Convertir una señal en un tipo de señal adecuado, sería el caso cuando es necesario convertir una señal a un voltaje de cd, o a una corriente.  Obtención del nivel adecuado de la señal, si la señal se va a alimentar a un convertidor analógico a digital para después entrar a un microprocesador, será necesario ampliarla en forma considerable, haciéndola de una magnitud de milivoltios a otra de voltios para ello es muy común utilizar amplificadores operacionales.  Eliminación o reducción del ruido.  Manipulación de la señal, por ejemplo, convertir una variable en una función lineal (Lara, 2012). Con más detalle, en una etapa de acondicionamiento se puede encontrar estas etapas, aunque no todas están siempre presentes: c. Amplificación La amplificación de señales es el tipo más común de acondicionamiento, para conseguir la mayor precisión posible la señal de entrada deber ser amplificada de modo que su máximo nivel coincida con la máxima tensión que el convertidor pueda leer. Para realizar una amplificación de señal es frecuente utilizar amplificadores operacionales y en el caso de máquinas comúnmente se utilizan amplificador es de instrumentación, un ejemplo de este tipo de dispositivos se observa en la figura 31. 38 Figura 31 Conexiones del amplificador operacional AD620 Fuente: (Pallas, 2005) Cuando los niveles de voltaje que se va a medir son muy pequeños, la amplificación se usa para maximizar la efectividad del digitalizador. Al amplificar la señal de entrada, la señal acondicionada usa más efectivamente el rango del convertidor analógico-digital (ADC) y mejora la precisión y resolución de la medición (Pallas, 2005). d. Filtrado Continuamente la señal eléctrica obtenida de los transductores contiene ciertas distorsiones con respecto a la señal mecánica, esto debido a interferencias que se dan en la red, radiofrecuencias, etc, a estas interferencias se las conoce como ruido, que normalmente suele tener un comportamiento espectral diferente a la señal deseada. La forma de eliminar el ruido es por medio de un proceso denominado filtrado de frecuencias mediante los filtros que selecciona cierta banda de frecuencias, eliminando los armónicos que no le corresponden a la frecuencia deseada y no permite que se transmitan(Lara, 2012). Los filtros se dividen en 5 grupos: paso bajo, paso alto, sintonizados, eliminadores de banda, y sin atenuaciones. Un filtro de paso bajo ideal no atenúa ninguna señal de entrada de frecuencia en la banda útil, que se definen como todas las frecuencias de paso bajo. Los filtros reales son señales de entrada sujetas a funciones de transferencia matemáticas que aproximan sus características a las de un filtro ideal. 39 En la figura 32 se comparan la atenuación de las funciones de transferencia de un filtro ideal y real. Figura 32 Comparación de un filtro pasabanda ideal con uno real Fuente: (Pallas, 2005) e. Aislamiento La conexión incorrecta entre los sistemas y tierra, es una de las causas más comunes de los problemas de medida. Los sistemas de acondicionamiento de señal con aislamiento pueden prevenir la mayor parte de estos problemas. Estos dispositivos pasan la señal de su fuente al dispositivo de medida sin una conexión física usando un transformador, óptico, o técnicas de acoplamiento capacitivo. Las señales de voltaje fuera del rango del digitalizador pueden dañar el sistema de medición y ser peligrosas para el operador. Es preciso tener aislamiento y atenuación para proteger al sistema y al usuario de voltajes de alta tensión o picos (Lara, 2012). Otra aplicación habitual en acondicionamiento de la señal es el aislamiento eléctrico entre el transductor y el ordenador, para proteger al mismo de transitorios de alta tensión que puedan dañarlo. Un motivo adicional para usar aislamiento es el garantizar que las lecturas del convertidor no son afectadas por diferencias en el potencial. f. Linealización La linealización consiste en obtener una señal de salida que varíe linealmente con la variable que se requiere medir. Un caso bastante frecuente 40 es la de un sensor donde su salida varía de forma exponencial con respecto a la variable a medir (WordPress, Instrumentación Mecatrónica, 2013). Figura 33 Esquema de un proceso de linealización Fuente: (WordPress, Instrumentación Mecatrónica, 2013) Algunos tipos de sensores producen señales de voltaje que no son lineales en relación con la magnitud física medida. La linealización, puede realizarse a través de acondicionamiento de señal o software. g. Sistema de adquisición de datos En esta etapa la información de las magnitudes físicas es adquirida y convertida en una señal eléctrica. De esta etapa dependerá la mayoría prestaciones del sistema de medida. La variable del mundo físico es convertida en una señal eléctrica mediante un dispositivo sensor a fin de ser procesada adecuadamente. Figura 34 Adquisición, procesamiento y distribución de datos Fuente: (WordPress, 2013) Como se muestra en la figura 35 seguidamente de la adquisición de datos se procede al procesamiento, selección y manipulación de los datos, la cual puede ser realizada por un DSP (Procesador Digital de Señal). Un DSP es un sistema basado en un procesador o microprocesador que posee un conjunto de instrucciones, un hardware y un software optimizados para aplicaciones 41 que requieran operaciones numéricas a muy alta velocidad (WordPress, 2013). En la distribución de datos valor medido se presenta a un observador o se transmite a otro sistema. La señal que toma el sensor puede tener algunas características que la hacen poco adecuada para ser procesada (señal de pequeño nivel, espectro grande, falta de linealidad, etc.), estas características pueden ser corregidas en la etapa de acondicionamiento de la señal (ver figura 34). 1.5.4. Principio de Operación de la Máquina Todas las cargas de prueba son aplicadas por el movimiento hacia arriba del pistón impulsado hidráulicamente. Las válvulas de carga y descarga controlan el porcentaje de carga y descarga por la regulación del flujo de aceite desde la bomba montada en la unidad de potencia hidráulica al cilindro hidráulico bajo el tablero de peso. Una carga aplicada a una muestra se detecta como un cambio de presión de aceite en el cilindro de carga y se traduce en una señal de voltaje de una celda de presión de alta precisión y amplificador de alto rendimiento. Esta señal analógica se convierte en una señal digital, que se calcula en términos de la escala completa. Por lo tanto, el sistema de medición de la carga proporciona la digitalización de displays analógicos de la carga aplicada en la unidad de KN (tf). La prueba de compresión, flexión y corte se realiza en el área entre el cabezal inferior y el cabezal ajustable. Las matrices utilizadas para realizar los ensayos de corte se los puede observar en la figura 35, y las probetas después de ser sometidas al ensayo de corte y después de producirse la fracturase los detalla en la figura 36. 42 Figura 35 Matrices para un ensayo de corte. Fuente: (ONI, 2012) Figura 36 Probetas después del ensayo de corte Fuente: (ONI, 2012) La prueba de tensión se realiza en el área entre el cabezal superior y el cabezal ajustable, tal como se observa en la figura 37. Fuente: (Tecnolowikia, 2009) Figura 37 Representación gráfica del ensayo de tracción 43 El ensayo de compresión es poco frecuente en los metales, este ensayo técnico es utilizados para la determinación la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión, consiste en aplicar a la probeta, en la dirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un acortamiento de la misma y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión del ensayo, se realiza con la utilización de probetas en una maquina universal como se muestra en la figura 38. Figura 38 Probeta para el ensayo de compresión Fuente: (ONI, 2012) La velocidad de la prueba no debe ser mayor que aquella a la cual las lecturas de la carga de tensión puedan ser hechas de forma exacta. La velocidad del ensayo se expresa en términos de la velocidad de los cabezales, el rango de separación de los dos cabezales de la máquina de ensayo bajo carga o en términos del rango de tensión de la probeta, entre otros. La velocidad conveniente de ensayo debe ser usada hasta alcanzar la mitad del punto de cedencia especificado, cuando este punto es alcanzado, el rango de separación de los cabezales bajo carga debe ser ajustado para que no exceda 1/16 pulg/min por cada pulgada de la longitud de la sección central de la probeta (Marks, 2002). 44 CAPÍTULO II DOCUMENTACIÓN Y SELECCIÓN 2.1. Documentación del estado de la Máquina Universal Time Shijin Serie Wan-600C. Introducción Principal de la Máquina de ensayos Utiliza bastidor de carga con equipo bajo cilindro. Las partes fundamentales del servo electrohidráulico se abastecen de líquido, como la servo válvula y el motor. El amplificador completamente digital de doble canal y el Controlador PC desarrollado por los fabricantes realiza el control a lazo cerrado de carga, deformación, desplazamiento de la muestra; China controla el paquete de software que adopta la tecnología de aparatos virtuales visualizando la pantalla principal, desplazamiento del pistón, deformación y curva de prueba. El inteligente modo de control ajusta un sistema experto que hace que los usuarios tengan la capacidad de ajustar el modo de control por sí mismos. Además, el paquete cumple con estándar nacional DE “MÉTODOS DE MÁQUINAS DE ENSAYOS DE TENSIÓN DE METAL” DE GB228-2002. 2.1.2. Ámbito Está diseñado para ensayos de tensión, compresión, doblado y corte de materiales metálicos y no metálicos, y puede usarse ampliamente para materiales de construcción, metalurgia, ciencia y unidades de investigación para universidades, colegios, centros de inspección de calidad y unidades de inspección de productos básicos. Es un equipo de ensayo ideal para industrias de producción, investigación científica y enseñanza, etc. 2.1.3. Parámetros y Especificaciones Técnicas La tabla 4 muestra los parámetros y especificaciones técnicas principales con los que cuenta la Máquina Universal Time Shijin Serie WAN-600C, las cuales son fundamentales para el correcto funcionamiento de la misma. 45 Tabla 4 Parámetros y Especificaciones Técnicas Principales Elemento Especificación Máxima Capacidad de Carga 600KN Rango de Carga 2% - 100% de Carga Máxima Distancia máxima entre las pinzas de tensión( incluido el recorrido del pistón) 600mm Diámetro de la muestra (mm) ᶲ13 ~ ᶲ26 ; ᶲ26~ ᶲ40 Máxima Sujeción la anchura de muestra plana 80mm Sujeción del grosor de muestra plana 0mm~ 30 mm Máxima Distancia entre la Superficie de Compresión 550mm Tamaño de alto y bajo de la platina de compresión 204 x 204 (mm) Distancia entre apoyos para el ensayo de doblado 600mm Anchura de los apoyos de doble 140mm Grado de doblado admisible 100mm Distancia entre columnas 650mm Diámetro de la muestra de corte ᶲ10mm Máximo Velocidad de Levantamiento del Pistón 70 mm/min Velocidad de elevación de la Cruceta Inferior 150 mm/min Máximo recorrido del Pistón 250mm Dimensión aceptable de la mesa de trabajo 650mm x 650mm Dimensión del contorno del bastidor de carga (LxAxE) 1180mmx750mmx2633mm Dimensión del Gabinete Eléctrico 600mmx480mmx960mm 2.1.4. Condiciones de Trabajo  Temperatura ambiente: 10°C ~ 35°C  Humedad Relativa ≤ 80%  Entorno sin vibraciones.  Entorno sin medio corrosivo e interferencia de fuertes campos magnéticos.  En base firme; nivelación no mayor que 0.2/1000.  Rango de fluctuación 2.1. Documentación del estado del sistema mecánico. 2.1.1. Estructura y Principio de Funcionamiento Está compuesto de: bastidor de carga, gabinete eléctrico, suministro principal de líquido, suministro del líquido de sujeción, computadora e impresora. 46 Figura 39 Estructura mecánica de la máquina universal de ensayos 2.1.2. Bastidor de Carga El cilindro se fija en la base con el tornillo. El pistón se fija con la mesa de trabajo. La mesa de trabajo soporta columnas que tienen cuatro ranuras de círculos en la parte superior. La cruceta superior se puede fijar en tres posiciones diferentes. Cuando el pistón se eleva, mueve el bastidor cerrado consistente en la mesa de trabajo, columna, y la cruceta superior se mueve hacia arriba y hacia abajo. Tornillo de conducción, pasando por la mesa de trabajo, de los cuales el extremo inferior está fijado a la base, y el extremo superior está conectado con la cruceta inferior con tornillo en forma de T. El motor de elevación (véase la figura 40), a través de rueda de correa, y el tornillo sin fin, gira la tuerca del tornillo haciendo mover la cruceta inferior hacia arriba y hacia abajo a lo largo del husillo de modo que sea fácil el ajuste del 47 espacio para el ensayo. La base, el tornillo principal y la cruceta inferior constituyen un firme marco cerrado. Figura 40 Motor de elevación de la máquina de ensayos En la columna derecha se encuentra una caja de control para la sujeción de las mordazas y movilización del cabezal, la misma que se puede observar en la figura 41. El espacio entre los asientos superior e inferior es para la prueba de tensión. El asiento de las mordazas está equipado con un bloque en forma de cuña. Figura 41 Caja de control para sujeción de las mordazas Cambiando la especificación de las mordazas (ver figura 42) se puede contener diferentes formas. El espacio entre la cruceta inferior y la mesa de trabajo es para la prueba de compresión. Cambiando las diferentes platinas e inclinado la mesa de trabajo se puede llevar a cabo el ensayo de compresión, doblado y corte. 48 Figura 42 Mordazas de la máquina de ensayos Cuando el líquido del cilindro hace subir del pistón, a través de banco de trabajo y la columna, llevan la cruceta superior y el asiento de la pinza superior hacia arriba. Así, en el espacio se puede realizar la prueba de tensión a la probeta, o en el espacio puede realizarse la prueba de compresión a la probeta. El cilindro de trabajo y el pistón son las piezas principales del bastidor de la máquina. Su superficie de contacto está mecanizadas con precisión y tiene cierto espacio libre para garantizar un movimiento independiente movimiento y mínima fricción. Entre la base y mesa de trabajo está provisto con el detector para el desplazamiento del pistón. Apoyos inamovibles están fijados en la base con tornillos, en los cuales está previsto con pulsos del codificador foto-eléctrico, interruptor de posición del cilindro de trabajo y el límite superior del cilindro. La figura 43 detalla la ubicación del detector de desplazamiento, junto al pistón y otros elementos ubicados entre la mesa de trabajo y la base. 49 Figura 43 Elementos provistos en el interior de la máquina de ensayos Soportes móviles fijados bajo la superficie inferior de la mesa de trabajo, a través de la cuerda de acero inoxidable, son debilitados con una pequeña rotación del codificador foto-electrónico. El pistón maneja la mesa de trabajo y los soportes móviles de elevación mientras el codificador foto-electrónico también rota. La señal de pulso enviada es adquirida, enviada y mostrada por la computadora. 2.2. Documentación del estado del sistema hidráulico. La parte hidráulica es el accionamiento de la máquina de ensayos, gracias a ésta se hace uso de la presión hidráulica para la aplicación de la carga sobre la probeta de ensayo, el accionamiento es hidráulico debido a que la energía hidráulica es la mejor cuando se trata de grandes fuerzas. La máquina de ensayos de tracción funciona a través del cilindro hidráulico, el mismo que recibe su fuerza del módulo hidráulico. 2.2.1. Conexión de Tuberías Conexión de la tubería debe ser realizada por personal especializado, de manera que se garantice el correcto desempeño durante la operación. 2.2.2. Selección del Aceite Seleccione 8150 # y 8.220 de aceite marca SUN hecha por Japón. Tasa de mezcla es de 1: 1. 50 2.2.3. Llenado y Vaciado del Aceite Gire la tapa del filtro de aire en el tanque, allí se verá un filtro de aceite de cobre a través de la cual el aceite debe ser llenado en el tanque de aceite. El Volumen de aceite se mide con nivel barra de al lado. Al drenar el aceite, abrir la boquilla de la parte inferior del tanque. El período de uso de aceite es de un año. Según el clima variable se puede ampliar y reducir. Si se encuentra el aceite sucio. 2.2.4. Bomba Hidráulica Las bombas hidráulicas son máquinas receptoras cuyo trabajo es incrementar la energía de los líquidos, transformando la energía mecánica que reciben del motor de arrastre en energía hidráulica. La energía hidráulica es la suma de tres clases de energía: de posición, de velocidad y de presión; por lo tanto una bomba hidráulica ha de ser capaz de aumentar uno o más de dichos tipos de energía. Figura 44 Gráfica de la bomba hidráulica El incremento de la energía de las bombas es efectuado por el método de Arquímedes, denominado "Tornillo de Arquímedes", que es utilizado hoy en día. Consiste en un tubo al que se le enrolla exteriormente una chapa en espiral, todo ello ubicado en un canal circular o semicircular dispuesto en plano inclinado, encontrándose su extremo inferior sumergido en un canal o depósito alimentador. Produciendo un giro al tornillo se consigue, gracias al rozamiento, que el agua se eleve hasta un punto superior donde se vierte. El 51 ángulo de inclinación con que se dispone el tornillo es del orden de 30º y la velocidad de giro oscila entre 30 y 60 rpm; el rendimiento alcanza el 75% (Berrondo, Mongelos, & Pellejero, 2007). 2.2.5. Motor Eléctrico Un motor eléctrico es fundamental en toda instalación hidráulica industrial en la que necesariamente exista una transformación de energía eléctrica que pasa a energía hidráulica y después a energía mecánica. Se encarga de producir la energía de rotación para accionar la bomba hidráulica que se encarga en poner el fluido hidráulico a la presión que requiere la aplicación. Es un elemento importante y a su vez interesante puesto que evita acoplar por separado un motor eléctrico a una bomba hidráulica, el grupo moto – bomba está en una estructura metálica donde interiormente tiene acoplado un motor eléctrico y su respectiva bomba hidráulica. El motor que utiliza la maquina universal de ensayos de tracción se muestra en la figura 45. Figura 45 Descripción gráfica de la moto bomba Las características más relevantes del motor YYB-100L-6A se detallan en la tabla 5. 52 Tabla 5 Características del Motor YYB-100L-6A Lugar del origen: China (Continental) Fase: Trifásico Marca: LANDTOP, tops Tipo: Motor de inducción Proteja la característica: Completamente cerrada Clase de protección: IP44, IP54, IP55 Eficiencia: IE 1 Método de enfriamiento: IC0141 Clase de aislamiento: Clase F o B Certificación: CCC, CE, ISO9001, SONCAP, SGS Vivienda: Hierro fundido, aluminio Número de Modelo: Y, Y2, MS, YC, YCL, YL, JY, ML Salida: 100% Salida Bobinado: 100% alambre de cobre Voltaje ca: 110 V-690 V Garantía: 2 año De potencia de salida: 0.06kw 0.55- 315kW Método de enfriamiento: IC0141 Velocidad: 2, 4, 6, 8, 10 polos Función: Conducción 2.2.6. Válvulas distribuidoras de caudal En los circuitos hidráulicos las válvulas de control direccional llamadas válvulas de vías o válvulas direccionales son las que controlan los actuadores dirigiendo su funcionamiento en una dirección u otra, permitiendo o bloqueando el paso de aceite o aire ya sean hidráulicas o neumáticas, tanto con presión o al tanque.  Nª de vías y posiciones  Tipo de accionamiento  Misión que desempeña  Construcción interna El sistema hidráulico consta de dos válvulas la una electroválvula servo pilotada de cuatro vías y tres posiciones (figura 46) y una válvula activada por electroimán de cuatro vías y dos posiciones (figura 47). 53 Figura 46 Electro válvula Feng DSG-01-2B2-D24-N1-50 Figura 47 Electro válvula Feng DSG-01-3C2-D24-N1-50 2.3. Documentación del estado de sistema eléctrico. 2.3.1. Parte Eléctrica La placa Eléctrica y la medición a bordo de amplitud se establecen dentro del gabinete eléctrico y conectado con el computador, bastidor de carga y el suministro de líquido conectado a través del terminal para llevar a cabo la comunicación eléctrica y señal. 2.3.2. Dispositivo de Seguridad  Cuando el pistón alcanza su límite superior se detendrá automáticamente el motor de la bomba para suministro de aceite principal.  Cuando la carga es superior a 2% -5% de Max de la Capacidad de carga, para automáticamente.  En situación de emergencia, pulse el botón de emergencia para apagar la energía. 54 2.3.3. Encoder La máquina de ensayos universal utiliza un encoder incremental de la serie LEC-500BM-G05E (ver figura 48) ya que genera un número exactamente definido de impulsos por revolución. Los mismos que indican la medida de la distancia angular y lineal recorrida. Este tipo de encoder utiliza una alimentación de 5 voltios. El sentido de rotación se analiza debido al desplazamiento de fase entre las señales A y B (de aproximadamente 90 grados). Figura 48 Encoder incremental YuhengLEC-500BM-G05E Los encoders absolutos presentan dificultad en la cantidad de líneas que se necesita leer y conectar ya que por la complejidad del disco óptico que codifica las posiciones la resolución no se eleva en gran escala. Esto no sucede con los encoders incrementales debido a su electrónica ya que es más simple y tienen menos líneas de salida proporcionando mayor resolución a un costo más bajo. Gracias a dicha comparación entre un encoder incremental y un absoluto se reafirmar la necesidad de utilizar un encoder incremental dentro del funcionamiento de una maquina universal de Ensayos Mecánicos. 55 2.3.4. Tarjeta de Control Según el manual de la máquina Time Shijin - Time Group INC, la tarjeta de control PCI se adapta a todo tipo de ordenador personal y la tarjeta principal. Es un circuito de la medida y el control digital provista de carga, el desplazamiento y la deformación tienen diferente canal de medición. Cerca de control de bucle con sólo la configuración del software, está lista para utilizar. Figura 49 Tarjeta de control PCI original de la máquina Fuente: (Shijin, 2003) 2.4. Selección de elementos electrónicos para la adquisición de datos. Para la correcta selección de instrumentos es necesario considerar los factores que se detallan en la tabla 6. Tabla 6 Factores a tomar en cuenta para la elección de sensores Magnitud a Medir Margen de medida Resolución Exactitud deseada Estabilidad Ancho de banda Tiempo de respuesta Límites absolutos de la magnitud a medir Magnitudes interferentes Características del Ambiente Margen de temperatura Humedad Vibraciones Agentes químicos Atmósfera explosiva Entorno Electromagnético CONTINÚA 56 Características de salida Sensibilidad Tipo: tensión, corriente, frecuencia Salida señal: unipolar, flotante, impedancia Destino: analógico, digital, telemetría Características de Alimentación Tensión Corriente Frecuencia (e caso de alterna) Potencia disponible Estabilidad Otros factores Peso Dimensión Vida media Precio de compra Disponibilidad Tiempo de Instalación Longitud del cable necesario Tipo de conector Situación en caso de fallo Costo de mantenimiento Costo de Instalación Costo de sustitución 2.4.1. Selección del sensor de Presión Para la selección del sensor de presión se consideró las características del sensor que se encuentra instalado en la máquina de ensayos de procedencia China, dentro de las características principales que se consideraron fueron: la corriente y el rango de presión que soporta, véase figura 50. Figura 50 Sensor de presión CYB-12SA West La tabla 7 presenta los parámetros relevantes del sensor de presión CYB- 12SA West. 57 Tabla 7 Parámetros del sensor de presión CYB-12SA West Marca Precisión Fuente de Alimentación Salida Corriente Rango de Presión CYB-12SA West 0.01% 5-15 DCV 4-20mA 0-28 Mpa Basados en esas características y considerando la disponibilidad en el mercado y su precio se seleccionó el siguiente tipo de sensor, con características similares, las mismas que se detallan en la tabla 8. Tabla 8 Parámetros del sensor de presión Turck PT5000 Marca Precisión Fuente de Alimentación Salida Corriente Rango de Presión PT5000 Sensor de presión 0.3% 8-33 DCV 4-20mA 0-5000Psi La figura 51 representa gráficamente el sensor adquirido. Figura 51 Sensor de presión Turck PT5000 2.4.2. Selección de la adquisición de Datos. La adquisición de datos se realizaba mediante una tarjeta Universal PCI. La misma que va conectada al CPU del computador, la cual cumple la función de amplificar la señal y la adquisición de datos. Tal como se muestra en la figura 52. 58 Figura 52 Tarjeta Universal PCI, original de la máquina Se seleccionó una nueva tarjeta de adquisición de datos tipo NI myDAQ (ver figura 53) debido a que se adquirió un nuevo sensor, esto hace que la tarjeta universal no pueda leer de manera efectiva la señal emitida por el nuevo sensor. Figura 53 Tarjeta de adquisición de datos NI My DAQ La máquina de ensayos de materiales tiene una máxima capacidad de carga de 600KN. 59 Para Obtener una resolución de 2KN se determina el número de bits. 𝑟 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 2𝑛 − 1 Ecuación 6 Donde: r es la resolución de medida. n es el número de bits. Pmax Es la carga máxima de la Maquina Universal Despejando n de la ecuación 6: 𝑛 = 𝑙𝑜𝑔 ( 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑟 + 1) log 2 Ecuación 7 𝑛 = 𝑙𝑜𝑔 ( 600 𝐾𝑁 3𝐾𝑁 + 1) log 2 Ecuación 8 𝑛 = 7 Aproximadamente resulta ser de 7 bits y la tarjeta de adquisición de datos es de 16 Bits lo cual se confirma la adquisición de la tarjeta. Se calcula la resolución de 16 bits con la ecuación 6. 𝑟 = 600𝐾𝑁 216 − 1 𝑟 = 0.0091𝑘𝑁 Las Especificaciones Generales de la tarjeta de adquisición de datos seleccionada se detallan en la tabla 9. 60 Tabla 9 Especificaciones Generales de la Tarjeta NI My DAQ Entradas Analógicas 2 canales diferenciales Tasa de muestreo: 200 kS/s Resolución: 16 bits Rango: +/- 10V Salidas Analógicas 2 canales referenciados (RSE) Tasa de muestreo: 200 kS/s Resolución: 16 bits Rango: +/- 10V Corriente de salida: 2 mA Entradas/Salidas digitales Número de líneas: 8 de entrada/salida Dirección: Cada línea individualmente programable Nivel lógico entrada: 5 V compatible LVTTL Nivel lógico salida: 3.3 V compatible LVTTL Máxima corriente de salida por línea: 4 mA Contadores/Temporizadores Contador/temporizador Resolución: 32 bits Base de Reloj Interno: 100 MHz Máxima frecuencia de medición y generación: 1MHz Compatible con PWM y Codificadores de Cuadratura Multímetro Digital Voltaje AC, 20 Vrms Corriente AC, 1 Arms Voltaje DC, 60 VDC Corriente DC, 1 A Resistencia, hasta 20 Diodo, continuidad. Nivel de aislamiento: 60 VDC / 20 Vrms Fuentes de Poder +15 V, 32 mA -15 V, 32 mA +5 V, 100 mA 61 CAPÍTULO III REDISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA ANALÓGICO – DIGITAL Previo a implementar los componentes necesarios para la Repotenciación de la Máquina Universal se realiza un análisis del funcionamiento general del equipo, el mismo que se detalla en el diagrama de flujo de la figura 54. Figura 54 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la máquina INICIO Encender La PC Encender la Máquina Alimentar el Transformador y la Cabina De Control Encender la Bomba 1 y el motor de elevación Colocación de la probeta Inicio del ensayo Retiro de la probeta Final del Ensayo Apagar la máquina Apagar las bombas y desalimentar la máquina Apagar la PC FIN 62 3.1. Implementación del Sistema de Medición de Presión Como se detalló en el capítulo anterior el sensor de presión que se seleccionó es de la marca Turck, el cual se muestra en la figura 55, serie PT500 con un rango de 0-5000Psi con un alimentación de 8 a 33V DC y una salida de 4-20mA. Este transductor se instaló con un acople unido al acople propio de la máquina como se muestra en la figura 55, en la implementación se usó.  Un acople de ¼.  Teflón. Figura 55 Instalación del Transductor Turck (PT500). El sensor consta de un conector macho con tres pines de conexión respectivamente enumerados, tal como se muestra en la figura 56. Además, posee un cable M12 considerado como el conector hembra, éste cuenta con cinco pines de conexión, lo cual no resulta ningún inconveniente a la hora de unirse ya que se ajustan perfectamente. Figura 56 Pines de Conexión del transductor Fuente: (Turck, 2015) 63 Diseño del circuito electrónico que permita el acondicionamiento del sensor de presión Debido a que el sensor de presión emite una señal de salida en miliamperios se requiere un acondicionamiento de previo antes de llevar la señal del transductor a la tarjeta de adquisición de datos. La Ni MyDaq está diseñada para recibir datos de corriente poniendo en medio una resistencia, tal como se muestra en la figura 57. Figura 57 Acondicionamiento de la Ni MyDaq para corriente De la figura 57 se obtiene que para un rango de 4-20 mA en corriente de salida se debe colocar una resistencia externa de 249 ohmios. Con la información recaudada de la tarjeta y la del manual del transductor para la correcta conexión y alimentación se crea el circuito electrónico necesario para obtener los datos del sensor de presión (véase figura 58). 64 Figura 58 Circuito de conexión para el transductor de presión Tal como muestra la figura anterior se ha realizado un conversor de señal de corriente a voltaje para mayor facilidad en la adquisición de datos. De esta manera se tiene por medio de la ley de Ohm un voltaje de salida de 1 a 5 voltios aproximadamente. 𝑉 = 𝑅. 𝐼 Ecuación 9 𝑉 = 𝑅. 𝐼 𝑉 = 249 Ω(4𝑚𝐴) 𝑉 = 0.996 𝑉 𝑉 = 𝑅. 𝐼 𝑉 = 249 Ω(20𝑚𝐴) 𝑉 = 4.98 𝑉 Dichos valores son admisibles ya que la tarjeta de adquisición de datos está diseñada para recibir una señal de voltaje entre 0 a 10V, y estos valores se encuentran dentro de este rango. 3.2. Implementación del Sistema de medición del desplazamiento Dentro de los dispositivos de medición que incluye la máquina se encuentra el codificador foto eléctrico (ver figura 59). Tiene las siguientes características: Tipo se sensor: Encoder incremental Alimentación: 5V DC 65 Figura 59 Implementación del sensor de desplazamiento El dispositivo de desplazamiento originalmente está ubicado en la cabina inferior de la máquina atornillado a un soporte de lo mantiene fijo. Durante el proceso de ensayo la mesa de trabajo sube desenrollando su hilo midiendo así la distancia que ésta ha recorrido. 3.3. Implementación del Sistema de Adquisición de Datos con el software Labview El software Labview es un entorno de programación destinado al desarrollo de aplicaciones de automatización de procesos, similar a los sistemas de desarrollo comerciales que utilizan el lenguaje C o BASIC los cuales se basan en líneas de texto para crear el código fuente del programa, mientras que Labview emplea la programación gráfica o lenguaje G para crear programas basados en diagramas de bloques, haciéndolo muy útil para crear un interfaz hombre máquina (HMI). Labview es un programa sencillo de usar por lo que no se requiere gran experiencia en programación debido a que se emplean iconos y símbolos gráficos en lugar de lenguaje escrito para construir las aplicaciones, además que incluye librerías específicas para la adquisición, generación y almacenamiento de datos , control de instrumentación, análisis presentación, entre otros usos. 3.3.1. Adquisición de Datos La tarjeta de datos Ni MyDaq como se mencionó anteriormente posee dos canales diferenciales para entradas analógicas y ocho entradas/salidas 66 digitales para señales digitales. La tabla 9 detalla las diferentes señales que se deben adquirir para Tabla 10 Resumen de las señales adquiridas Elemento Tipo de Señal Alimentación Sensor de Presión Análoga 8 – 33 Vcc Sensor de Desplazamiento Digital 5 Vcc Final de Carrera Digital 5 Vcc a. Adquisición de Datos del Sensor de Presión El transductor de presión emite voltaje como señal analógica por lo cual la programación de adquisición de datos del dispositivo se basa en la obtención de una señal analógica. En el software se programa seleccionado el icono Daq Assistant y dentro de éste se escoge Adquirir señal Análoga y posteriormente el tipo de señal que en este caso es voltaje (véase figura 60). Figura 60 Adquisición de datos del sensor de presión A continuación se escoge el canal con el que se trabajará dicha señal. La figura 62 presenta los canales disponibles para este tipo de entradas, y el que se ha escogido para la señal del sensor de presión siendo éste ai0. Tomando 67 en cuenta este parámetro se conecta las líneas de salida del transductor al pin de entrada analógica AI0 de la tarjeta Daq. Figura 61 Canales de entradas analógicas De esta manera el canal de entrada analógica para el sensor de presión fue configurada y mediante el software Labview se pueden visualizar los datos que se muestren cuando el transductor genere voltaje dentro de los rangos de 0 a 10 voltios como lo muestra la figura 62. Figura 62 Adquisición de datos del sensor de presión 68 El circuito electrónico de control y el motor eléctrico que acciona la bomba del sistema hidráulico generan ruido y a esto se le suma la vibración que existe cuando la Máquina Universal está en funcionamiento que provocan que la señal adquirida presente mucho ruido generando inconvenientes al momento de utilizar estos datos. Para solucionar este problema se realizó un filtrado pasabanda presente en el software para eliminar en lo más posible el ruido que interfiere en la señal, tal y como se presenta en la figura 63. Figura 63 Filtrado de la señal del sensor de presión Una vez filtrada la señal del transductor se procede a interpretar los datos obtenidos, para ello la señal de voltaje se deben convertir en señal de presión. Para realizar esto se llevó a cabo un experimento en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, el cual consistió en aplicar presión al sensor mediante una bomba hidráulica y obtener la señal de salida en voltaje. Tabla 11 Valores de Presión y Voltaje obtenidos mediante experimento Presión (PSI) Voltaje (V) 50 1,075 100 1,107 200 1,169 300 1,248 400 1,322 500 1,404 600 1,484 700 1,566 800 1,654 Como se mencionó anteriormente el sensor trabaja con salida analógica de corriente según el datasheep del transductor proporciona una salida de 4mA 69 para 0 PSI y un máximo de 20 mA para 5000 PSI. En valores de voltaje se obtiene un rango de 0.996- 4.98 voltios. La tabla 11 demuestra que los valores de voltaje obtenidos experimentalmente se encuentran dentro de este rango. Con estos datos y la ayuda del software Excel se logró obtener la ecuación de presión en función del voltaje, la misma que es usada para convertir el voltaje adquirido por la tarjeta en valores de presión, como se observa en la figura 64. Figura 64 Presión vs Voltaje del sensor de Presión b. Adquisición de Datos del Sensor de Desplazamiento La tarjeta Ni MyDAQ está equipado con una junta en el contador que se puede utilizar para las funciones de contador / temporizador. Cuando se utiliza el contador / temporizador, se accede a la fuente a través DIO 0, a través de la Puerta de DIO 1, la entrada auxiliar a través DIO 2, a través de la salida DIO 3, y la salida de frecuencia a través DIO 4. En algunos casos, el software y los controladores NI MyDaq pueden referirse a las líneas de salida como líneas PFI en oposición a DIO. La Tabla 12 enlista las señales de contador / temporizador correspondiente a través de los terminales de DIO, según National Instrumets. Tabla 12 Señales del contador/temporizador de la tarjeta Ni MyDaq Señal Ni MyDAQ Interfaz de función programable Señal del Contador / Temporizador Señal del Codificador de cuadratura DIO 0 PFI 0 CTR 0 Fuente A DIO 1 PFI 1 CTR 0 Puerta Z DIO 2 PFI 2 CTR 0 Auxiliar B y = 1290,5x - 1319,3 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 70 DIO 3* PFI 3 CTR 0 Salida -- DIO 4 PFI 4 Frecuencia de Salida -- Teniendo en cuenta que el sensor de desplazamiento utilizado por la Máquina Universal posee tres líneas de salida A, B y Z, se procede a la programación del encoder de la misma forma que el sensor de presión en el icono Daq Assistant, Adquirir Señal, Contador de entrada, Posición y Lineal. Tal como se muestra en la figura 65. Figura 65 Adquisición de datos del sensor de desplazamiento Posteriormente se escoge el canal de entrada de la señal. La figura 66 presenta los canales disponibles para este tipo de entradas, en este caso solo existe uno ctr0. Figura 66 Canal de entrada de la señal del encoder 71 De esta manera el canal de entrada analógica para el sensor de presión fue configurada y mediante el software Labview se pueden visualizar los datos obtenidos del encoder. Tomando en cuenta los parámetros de la Tabla 12 y los presentados en la figura 67 se conecta las líneas de salida del sensor de desplazamiento a los pines de la Daq. Figura 67 Adquisición de datos del sensor de desplazamiento Una vez configurada el Daq Assitant en el software Labview se procede a interpretar los datos adquiridos estando estos en unidades de mm/pulso. Lo que se necesita de este sensor es saber los valores de desplazamiento de la mesa de trabajo durante el ensayo para ello se tomaron datos del encoder en relación a la distancia que recorría la mesa. Tabla 13 Datos adquiridos por el sensor de desplazamiento Distancia (mm) Distancia/ Pulso 0 0 50 6,385 100 13,052 150 19,597 200 26,232 250 32,102 72 Con estos datos y la ayuda del software Excel se logró obtener la ecuación de desplazamiento (véase figura 68) en función del distancia/ pulso, los mismos que serán utilizados para la deformación. Se optó tomar valores en relación a la distancia/pulso ya que del sensor de desplazamiento no se tienen valores nominales ni se pudo encontrar el datasheet de este dispositivo solo se cuenta con la placa que el elemento posee y que como se muestra en la figura 67 la tarjeta de adquisición de datos genera los valores de este dispositivo en esas unidades. Figura 68 Desplazamiento vs Distancia/Pulso c. Adquisición de Datos para el Final de Carrera Se implementó en la máquina un final de carrera (véase figura 69) para que envié una señal que desconecte la válvula de retorno, la cual permite regresar la mesa de trabajo a su posición de reposo. Figura 69 Final de Carrera Implementado y = 7,6814x + 0,7937 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 20 25 30 35 73 Para adquirir la señal digital que envía el final de carrera se procede de la misma manera que las señales anteriores con el icono Daq Assistant, Adquirir Señal Digital, Línea de Entrada y finalmente se escoge el canal al que se va a conectar. Tomando en cuenta que la línea 0 y línea 2 se encuentran ocupadas por el sensor de desplazamiento se ha escogido conectar en la línea 4, como se observa en la figura 70. Figura 70 Canal de adquisición de datos del final de carrera La programación de esta señal se analiza en temas posteriores. 3.3.2. Generación de Señales Como se examinó con anterioridad la máquina universal trabaja con la ayuda de cuatro válvulas, las mismas que se utilizan para el control del equipo. Para el proceso de repotenciación se requiere analizar el funcionamiento de cada una de ellas, lo que se especifica en la tabla 14. Tabla 14 Funcionamiento de las válvulas de la Máquina Universal Elemento Función Accionamiento Válvula Proporcional Subir la mesa de trabajo Software Válvula de Retorno Regresar mesa de trabajo Software Válvula Magnética 1 Abrir y cerrar mordazas superiores Manual Válvula Magnética 2 Abrir y cerrar mordazas inferiores Manual 74 Con la información obtenida en las tablas 14 se procede a realizar la generación de datos para controlar el funcionamiento de la válvula proporcional y de retorno. Un parámetro importante que se debe tomar en cuenta es la necesidad de controlar de forma automática la bomba que permite el accionamiento de dichas válvulas. Considerando estos parámetros se establece que la cantidad de señales a generar es de cuatro, las funciones de cada una de ellas se especifica en la tabla 15. Tabla 15 Elementos de Control y tipo de señal Elemento Tipo de Señal Válvula Proporcional Análoga Válvula de Retorno Digital Prender Bomba Digital Apagar Bomba Digital a. Generación de Datos Análogos La tarjeta de datos Ni MyDaq cuenta con dos canales referenciales para la salida de datos análogos, uno de estos se utiliza para enviar la señal de voltaje a la válvula proporcional para subir la mesa de trabajo. El icono Daq Assistant cumple dos funciones la de adquirir y generar datos desde la daq y se procede de la siguiente manera: Generar señales, Salida Análoga y el tipo de señal Voltaje. Este procedimiento se observa en la figura 71. 75 Figura 71 Generación de datos análogos Consecutivamente se elige el canal a conectar, se optó por utilizar el canal ao0 para llevar a cabo esta función (véase figura 72), mientras tanto externamente se conecta el cable numero 37 al pin AO0 y cable numero 38 al pin GND de las salidas análogas. Los números de los cables fueron definidos por los diseñadores de la máquina y conectados a la antigua tarjeta, la misma que se reemplazó por la tarjeta de adquisición de datos Ni MyDaq. Figura 72 Canal de generación de datos análogos De esta manera se programó la generación de voltaje para la válvula proporcional quedando establecido que el voltaje enviado debe estar dentro del rango de 0 a 10 voltios siendo 10 el valor máximo que la tarjeta entrega, como se indica en la figura 73. 76 b. Generación de Datos Digitales Los datos a generar restantes son señales digitales ya que actuarán como pulsadores automáticos reemplazando así dos de los accionadores manuales (vea la figura 74) usados para encender una de las dos bombas que posee la máquina. Acción que se realiza debido a que al encender la válvula, ésta ya envía una señal que permite subir la mesa de trabajo sin necesidad de empezar la prueba, lo que se consideró un problema al momento de adquirir los datos de los sensores para llevar a cabo el ensayo mecánico. Figura 73 Accionadores manuales reemplazados La otra señal digital tiene como función activar la válvula de retorno que permita regresar a la mesa de trabajo a su posición inicial. La cual se encuentra implementada originalmente como se observa en la figura 75. 77 Figura 74 Implementación de la válvula de retorno A continuación se procede a programar la generación de datos digitales para ello se usa el Icono Daq Assistant en el software Labview y se procede a programarlo de la siguiente manera: Generar señales, Salidas digitales (véase figura 76). Figura 75 Generación de datos digitales La figura 77 muestra el listado de líneas de entradas y salidas digitales existentes dentro de la tarjeta Daq, antes de proceder a programar hay que tomar en cuenta que la línea 0, 2 y 4 están ya ocupadas con la función de adquisición de datos. Teniendo cinco disponibles se decidió utilizar la línea 3 para activar la válvula de retorno, la línea 5 para el pulsador de encendido y línea 6 para e pulsador de apagar. 78 Figura 76 Entradas y salidas digitales de la tarjeta Daq La ventana de programación para enviar datos digitales desde la Daq es similar para todas las señales requeridas para el diseño del sistema de control, por lo tanto la configuración permanecería de la forma que se presenta en la figura 78. Figura 77 Configuración de la generación de datos digitales Un parámetro esencial a tomar en cuenta que los datos a generar no pueden ser enviados directamente ya que simplemente generan pulsos por lo que es necesario utilizar elementos que actúen como switch tanto abierto como cerrado. Como solución sé implemento módulos de relés que generen la señal necesaria para llevar a cabo la función de dispositivo. La figura 79 muestra la implementación de los módulos en la cabina de control de la máquina. 79 Figura 78 Implementación de módulos de relés Cada módulo posee tres pines en la parte superior: Gnd, IN y Vcc. Se alimentan con 5v y la señal requerida es la enviada por la Daq. El funcionamiento de cada relé se detalla en la tabla 16. Tabla 16 Conexiones de los Relés Elemento Línea de Entrada Estado y Conexión de Salida Relé 1 Línea 3 Relé 2 Línea 5 Relé 3 Línea 6  El Relé 1 activa la válvula de retorno al enviar un pulso que se mantiene hasta el momento que el final de carrera envía la señal de desactivación.  El Relé 2 y Relé 3 envían un pulso instantáneo para conectar y desconectar el circuito de poder. 3.3.3. Implementación de la Tarjeta Daq en el tablero de Control Después de establecer las conexiones internas y externas de la Tarjeta de Adquisición de Datos se procede a implementarle dentro de la cabina de control. Siendo este uno de los elementos más importantes en el control de la 80 máquina se instaló en un lugar seguro y con espacio suficiente para no tener enredos entre cables u otro posible inconveniente. La figura 81 presenta la ubicación de la Ni MyDaq dentro de la cabina. Figura 79 Implementación de la tarjeta Ni MyDaq 3.4. Diseño y construcción del Interfaz Hombre-Máquina para la visualización de resultados en un ordenador. Un programa creado en Labview es considerado como un Interfaz Hombre- Máquina, el cual consta de tres partes a crear: el Panel frontal ,donde estarán ubicados todos los indicadores y controles que el usuario podrá ver cuando el programa esté en funcionamiento; el diagrama de bloques muestra el programa en código gráfico G usando diagramas, estructuras de programación, y flujo de datos entre las diferentes entradas y salidas, a través de líneas ; y el flujo se aprecia, como se dibujaría en un bosquejo de sistemas, cuando se habla de teoría de sistemas, donde cada subsistema se representa como un cuadro con entradas y salidas. La figura 81 representa el diseño del interfaz hombre-máquina y el funcionamiento en forma secuencial de cada diagrama de bloques programado en el software Labview. Los tres ensayos mecánicos más conocidos son ensayo tracción, compresión y corte. Todos los botones deben estar programados para actuar siempre que el usuario haya ingresado todos los datos citados como es: el tipo de probeta con los valores correspondientes, 81 el material a utilizar y darle un nombre al archivo, etc. Sin estos parámetros el programa no continúa y le pide una y otra vez ingresar los datos requeridos. Figura 80 Diagrama de Flujo sobre el funcionamiento del software 3.4.1. Programa de la página de inicio La página de inicio debe constar con Usuario y una Contraseña que le permitan a la persona continuar con el HMI, en el caso de ser incorrecto volver a ingresar los valores, como se muestra en el diagrama de flujo de la figura 82. INICIO CARATULA MENU PRINCIPAL INGRESO LONGITUD INICIAL ENSAYO MECÁNICO FIN 82 Figura 81 Diagrama de Flujo de la Caratula En la figura 83 se muestra el esquema de la programación de la ventana de inicio, cuenta de datos string para ingresar un usuario y una contraseña para continuar con el HMI y un mensaje en el caso de que los datos ingresados sean incorrectos. Figura 82 Esquema de programación para la página de inicio 3.4.2. Programa del menú principal Cuando se programa el menú principal se debe tomar en cuenta varios parámetros. Cada uno de ellos se analiza de forma individual. El diagrama de bloques de la figura 84 representa la forma de programación de la ventana de menú principal y las condiciones necesarias. NO SI CARATULA MENU PRINCIPAL Datos Correctos Usuario Contraseña 83 Figura 83 Diagrama de flujo del Menú Principal a. Tipo de Probetas Existen diferentes tipos de probetas para cada tipo de ensayo y entre las principales secciones utilizadas tenemos las que se detallan en la tabla 17. NO SI Tipo de Probeta Tipo de Material Ingresar Valores MENU PRINCIPAL Cálculo de Área de la Probeta Escoger Material Nombre de Archivo Tipo de Ensayo Área = 0 Sin Datos LONGITUD INICIAL Ingresar Nombre 84 Tabla 17 Tipo de Secciones para Probetas Ecuación 10 Ecuación 11 Ecuación 12 Ecuación 13 b. Tipo de Material Entre los principales materiales utilizados para realizar ensayos mecánicos se encuentran los siguientes:  Acero  Aluminio  Madera  Latón c. Tipo de Ensayos Los tres ensayos mecánicos más conocidos son:  Ensayo de tracción  Ensayo de compresión y  Ensayo Corte El diagrama de bloques de la figura 85 representa la forma de programación de la ventana de menú principal y las condiciones necesarias. Los ensayos programados son tracción y compresión. Una vez ingresados todos los datos requeridos por el programa se puede avanzar con el interfaz. Tipo Sección Parámetros Ingresados (mm) Área Calculada (mm2) Circular diámetro 𝐴 = 𝜋𝑑2 4 Laminar ancho espesor 𝐴 = 𝑎 × 𝑒 Rectangular base altura 𝐴 = 𝑏 × ℎ Tubular d exterior d interior 𝐴 = 𝜋 𝑎 (𝑑𝑒2 − 𝑑𝑖2) 85 Figura 84 Programa de Selección del tipo de ensayo 3.4.3. Programa del ingreso de longitud Inicial Un dato importante en la realización de los ensayos mecánicos es la longitud inicial de la probeta. El usuario debe ingresar un valor diferente de cero para ingresar al programa de ensayo, esta secuencia se puede observar en el diagrama de flujo de la figura 86. Figura 85 Diagrama de Flujo de la Longitud Inicial La programación del ingreso de la longitud inicial de la probeta se representa en la figura 87. Figura 86 Esquema de programación del ingreso de la longitud inicial NO SI LONGITUD INICIAL ENSAYO MECÁNICO Lo ≠ 0 Ingresar Lo 86 3.4.4. Programa Principal del Ensayo Mecánico Dentro de esta ventana se halla una compleja programación que permite al usuario visualizar el comportamiento del material que se ensaya, para ahorrar espacio y memoria de la computadora fue necesario el uso de subrutinas que facilitan el flujo de programación. Una idea de cómo se debe ejecutar el ensayo se observa en el diagrama de la figura 88. Figura 87 Diagrama de Flujo del Ensayo Mecánico NO SI VELOCIDAD PAUSA AUTOMÁTICA Escoger Velocidad ENSAYO MÉCANICO INICIO Ingresar Lf REPORTE HOME Lf ≠ 0 FINALIZAR CALCULAR 87 a. Programa de la Adquisición de Datos de Sensores Como se habló anteriormente se utilizaron Daq Assistant para adquirir los datos de cada uno de los sensores, además de realizar la filtración y conversión en distancia y Fuerza respectivamente dentro de subrutinas, las conexiones realizadas para este proceso se observan en la figura 89. Figura 88 Programación para la adquisición de datos de los sensores b. Programa de la Adquisición del Diagrama Esfuerzo-Deformación Dentro de una subrutina acondicionamiento se debe ingresar el área y la longitud inicial extraídas de los programas anteriores y de este saldrán los valores de esfuerzo y deformación necesarios para graficar el diagrama Esfuerzo-Deformación (véase figura 90). Figura 89 Programa para adquirir el Diagrama Esfuerzo-Deformación c. Programa de encendido y apagado de la bomba. La programación está efectuada para que la bomba se encienda cuando el ensayo empiece y una vez elegida la velocidad la mesa de trabajo suba y posteriormente la bomba debe apagarse cuando el material haya llegado a romperse evitando de esta forma que la mesa siga ascendiendo. 88 Figura 90 Programación de encendido y apagado de la bomba d. Programa del Botón Calcular Se debe ingresar la longitud final de la probeta una vez que esta se haya roto, esto para calcular varios datos como son: esfuerzo máximo, fuerza máxima, límite de fluencia, límite de ruptura % porcentaje de alargamiento o de acortamiento. Para su cálculo se necesitan de matrices y otros métodos matemáticos, como se observa en la figura 92. Figura 91 Programa para el Cálculo de Datos e. Programa del Botón Reporte Este botón abre una nueva ventana donde el usuario se ingresa los datos más relevantes dentro de un reporte (nombre del documento, material, observaciones, etc.), además aparecen los datos que previamente se calcularon. 89 Figura 92 Programa para generar un reporte de ensayos Dentro del SUB VI generar reporte se halla una subrutina que lleva todos estos parámetros a un documento de Word, facilitando de esta manera su manipulación e impresión. Figura 93 Programación del Reporte en documento Word El procedimiento es el mismo para la programación de los dos ensayos. Verificando el correcto funcionamiento del programa se crea un programa ejecutable que abarca los toda la programación y ahorra memoria para que éste trabaje de mejor manera, 90 CAPÍTULO IV PRUEBAS Y ÁNALISIS DE RESULTADOS 4.1. Pruebas del Equipo Instalado En este capítulo se realiza las evaluaciones y pruebas del equipo instalado que garantiza la calibración de los instrumentos de medida para la validación de los ensayos de materiales. 4.1.1. Calibración del Transductor de Presión Como se mencionó en la implementación se realizó un experimento para medir la presión generada por el transductor de presión. La tabla 18 muestra los valores obtenidos mediante dicho experimento. Tabla 18 Calibración del Transductor de Presión PSI Voltaje 50 1,075 100 1,107 200 1,169 300 1,248 400 1,322 500 1,404 600 1,484 700 1,566 800 1,654 Con los datos obtenidos en la tabla 18 y se puede obtener una calibración del sensor de presión, es decir son valores referenciales útiles para obtener los valores de presión necesarios para graficar el diagrama esfuerzo- deformación. La figura 95 representa estos valores. 91 Figura 94 Calibración del sensor de presión 4.1.2. Calibración del Encoder La tabla 19 muestra valores referenciales que fueron adquiridos del encoder al momento de que éste está en funcionamiento como ya se mencionó los valores obtenidos del encoder están en unidades de distancia/ pulso, son los que se observa a la derecha y los valores de la izquierda están ya transformados en desplazamiento en unidades de milímetros. Tabla 19 Calibración del Sensor de Desplazamiento Datos Encoder Desplazamiento 0,000 0,79 0,001 0,80 0,107 1,62 1,005 8,51 1,108 9,30 2,025 16,35 2,127 17,13 3,008 23,90 3,062 24,31 4.2. Análisis de Resultados Las pruebas y resultados de los ensayos luego de haber sometido las probetas a esfuerzos, estos datos se mostraron ya que fueron obtenidos por los transductores de presión de desplazamiento los que fueron visualizados en una pantalla amigable. Mediante esta adquisición son la referencia para la validación del proceso automatizado de ensayos mecánicos de materiales. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 1 2 3 4 5 6 Calibración del Sensor de Presión 92 4.2.1. Prueba del ensayo de tracción Para la comprobación del software y su funcionamiento se realizó el ensayo de tracción, para ello se ocupó una barrilla de 200 mm de longitud inicial y 16 mm de diámetro de la marca comercial Adelca, de esta forma se comprueba los valores extendidos por el fabricante y los obtenidos en la realización del ensayo de tracción. Figura 95 Representación gráfica de la probeta Una vez seleccionado el tipo de probeta el siguiente paso es colocarlas en las mordazas de la máquina realizando un ajuste el cual fije la probeta en la misma. Figura 96 Montaje de la probeta en la máquina universal Una vez colocada la probeta en las mordazas se debe seleccionar la velocidad para que cumpla el proceso de ensayo y seguidamente se procede a dar click en el botón iniciar para que se enceren los valores en la interfaz Humano Máquina, inmediatamente se inicia la prueba. Se aplican fuerzas hasta que la probeta se rompa, la máquina transmite datos de la fuerza y deformación respectivamente, mientras se cumple el proceso, una vez concluido el proceso se mide la longitud final de la probeta para el cálculo del porcentaje de alargamiento. 93 Como datos iniciales tenemos: Lo=200 mm D=16mm A=307.87 mm2 Como dato final se tiene: Lf= 210mm Los datos obtenidos en el ensayo de forma analógica y mediante el sistema de adquisición de datos se detallan a continuación. a. Datos obtenidos de manera analógica La tabla 20 muestra los valores de esfuerzo y deformación obtenidos durante el ensayo. Tabla 20 Datos obtenidos de manera analógica Esfuerzo [Mpa] Deformación [mm ] Fuerza [N] 60,743959 -0,000009 12213,2977 82,950866 0,000479 16678,2612 100,670729 0,000769 20241,051 125,291927 0,00104 25191,4367 147,280829 0,001289 29612,5678 170,460355 0,00152 34273,088 194,903275 0,00174 39187,6286 222,562439 0,001945 44748,8336 247,668213 0,002148 49796,6488 273,197615 0,002341 54929,6396 295,889294 0,002523 59492,0724 323,180053 0,002704 64979,2051 393,346518 0,00323 69948,613 416,65203 0,00339 75173,6336 CONTINÚA 94 En la Figura 98 se muestra el diagrama de Esfuerzo- Deformación del Ensayo de Tracción de Acero para la construcción, donde se detallan los valores de límite de fluencia, esfuerzo máximo.  Límite de fluencia máximo de ADELCA 540 MPa.  Límite de fluencia máximo de ENSAYO DE TRACCIÓN 418 MPa.  Resistencia a la Tracción mínima de ADELCA 550MPa.  Resistencia a la Tracción mínima de ENSAYO DE TRACCIÓN 566 MPa. (VER ANEXO B). 487,205722 0,003862 79087,01 513,082567 0,00401 83772,8612 533,592053 0,004157 89518,0344 585,072521 0,004585 93118,3535 582,606099 0,004738 97958,5226 580,012322 0,004886 103161,371 574,545851 0,005036 107285,048 571,122375 0,0055 112101,161 570,955069 0,005814 115874,016 571,68319 0,006426 117635,81 574,424033 0,00658 117139,907 572,361638 0,006734 116618,397 571,288013 0,006886 115519,298 576,990682 0,00703 115237,4 95 Figura 97 Diagrama Esfuerzo- Deformación Unitaria 96 b. Datos obtenidos a través del sistema de adquisición de datos Los resultados obtenidos de forma analógica y forma digital son muy similares el resumen de esa comparación se muestra a continuación en la tabla 21. Tabla 21 Resultados obtenidos de forma analógica y digital Forma Analógica Digital Ensayo de Tracción Esfuerzo [MPa] 550 614.026 Límite de fluencia [MPa] 540 458.644 Módulo de Elasticidad [GPa] 200 206.22 Porcentaje de Alargamiento % 13.872 17.5 Al comparar los resultados obtenidos en forma analógica y en el sistema de adquisición se observa que el programa se encuentra calibrado, obteniéndose valores similares con respecto los resultados obtenidos en forma analógica. Obteniéndose como máximo porcentaje de variación de 0,6% el cual es aceptable. 4.3. Manual de Usuario 4.3.1. Manual de Usuario para preparación y colocación de las Probetas Seleccionar la probeta establecida por ADELCA Y NOVACERO VER ANEXO B. a. Colocación de probetas para el ensayo de tracción 1. En el ensayo de tracción la preparación de las probetas es necesario medir la longitud de la probeta y colocar la misma distancia tanto para la mordaza superior como para la inferior tal como se muestra en la figura 99. 97 Figura 98 Representación gráfica de medición de la probeta 2. Colocación de la probeta en la Máquina Universal Time Shijin Serie WAN- 600C. Se debe pulsar el botón POWER ON, para encender la máquina. Figura 99 Encendido de la Maquina Universal Seguidamente se debe pulsar el botón Clamping Pump On que encenderá la bomba para mover las mordazas y accionará al motor de elevación para subir y bajar el cabezal inferior. Figura 100 Encendido de Clamping Pump On 98 3. Colocación de la probeta en las mordazas. Para realizar este paso se procede con la ayuda de la caja de pulsadores que se encuentra en la parte izquierda de la máquina, la misma que posee seis botones divididos en tres pares, un par sujeta y libera a las mordazas superiores y el otro par lo hace para las mordazas inferiores y el último par sube y baja el cabezal inferior. Figura 101 Colocación de la probeta en las mordazas b. Colocación de probetas para el ensayo de compresión El ensayo de compresión está hecho para demostración con materiales predeterminados y para un solo tipo de probeta, la misma que se detalla a continuación: 99 1. En el ensayo de compresión la preparación de las probetas es necesario medir la longitud inicial de la probeta generalmente esta en 100mm en la figura 103 se muestra la colocación de la probeta. Figura 102 Medición de la probeta para el ensayo de compresión 2. Colocación de la probeta en la Máquina Universal Time Shijin Serie WAN-600C. Se debe pulsar el botón POWER ON, para encender la máquina. Figura 103 Encendido de la Maquina Universal Seguidamente se debe pulsar el botón Clamping Pump On que encenderá las bombas para mover las mordazas. 100 Figura 104 Encendido de Clamping Pump On 3. Colocación de la probeta para compresión. Para la colocación de la probeta se maneja una caja de control en la que están los pulsadores que mueven al cabezal móvil y los pulsadores que abren y cierran las mordazas. Figura 105 Caja de control de Mordazas. Las mordazas para el ensayo de compresión son diferentes a las mordazas para el ensayo de tracción. La colocación y sujeción de la probeta debe ser precisa ya que estas mordazas tienen otro tipo de ajuste más que presionar la probeta entre las mordazas como se observa en la figura 107. 101 Figura 106 Ubicación de la Probeta para Ensayo de compresión 4.3.2. Manual de Usuario para iniciar el software Máquina Universal Time Shijin Serie WAN-600C 1. Para que se inicie el programa se debe dar clic en el icono de Máquina de ensayos, que se encuentra ubicado en el escritorio del ordenador como se muestra en la figura 108. Figura 107 Ícono de activación para el programa de ensayos 2. Al abrirse el archivo ejecutable se presenta la siguiente pantalla principal donde se pide obligatoriamente Usuario y una Contraseña. Usuario: ESPE Contraseña: espe2016 102 Figura 108 Inicio del HMI para los ensayos mecánicos 4.3.3. Manual de Usuario para la realización del ensayo de Tracción 1. Seleccione Ensayo de Tracción Para realizar el ensayo de tracción se debe seleccionar el tipo de probeta que va a ser sometido a esfuerzo, el tipo de material. Seguidamente es necesario guardar el NOMBRE DEL ENSAYO con extensión .dat por ejemplo ensayo1.dat. Figura 109 Representación gráfica para ensayo de Tracción 103 2. Seleccione Tipo de Probeta Una vez seleccionado el tipo de probeta, se debe ingresar los datos requeridos. Para citar un ejemplo en la figura 111 se seleccionó el tipo de probeta Laminar donde los datos iniciales son el ancho y el espesor en [mm] respectivamente. Figura 110 Representación gráfica datos iniciales 3. Ingresas todos los datos requeridos Todos los campos en blanco son necesarios y deben ingresarse. En el caso de que no sea así inmediatamente saldrá un mensaje. “Existen valores en cero. Ingrese nuevamente”. Figura 111 Representación gráfica de valores en cero 104 4. Ingreso de longitud Inicial El cálculo de porcentaje de alargamiento se basa en la diferencia entre la longitud final y la longitud inicial. Figura 112 Ingreso de la longitud inicial para el ensayo de tracción 5. Realización de Ensayo de Tracción Seleccionar la velocidad que quiere realizar un ensayo, Dar clic en el botón Iniciar para que empiece el ensayo. Figura 113 Inicio del Ensayo de Tracción 105 6. Una vez concluido el ensayo inmediatamente se activará el botón PAUSE, el mismo que detendrá la adquisición de datos.. Figura 114 Paro del Ensayo de Tracción 7. Como Dato Final se debe ingresar la longitud final de la probeta. A Continuación se debe pulsar el botón CALCULAR para mostrar los resultados obtenidos de dicho ensayo. Figura 115 Representación gráfica de los resultados obtenidos 106 8. Reporte del Ensayo de Tracción Para la generación del reporte del ensayo de tracción se debe presionar el botón REPORTE. Figura 116 Inicio del reporte del Ensayo de Tracción. Una vez pulsado el botón de REPORTE se abrirá una ventana de reporte de ensayo donde se deberá completar los espacios requeridos, Nombre de Documento, Material, Solicitado por: Observaciones, finalmente pulsar el botón GENERAR Figura 117 Generación del reporte de Ensayos de Tracción 107 9. Seguidamente se abrirá un archivo .doc donde estará listo para imprimir y hacer uso adecuado del mismo Figura 118 Reporte de Ensayos de Tracción 108 4.3.4. Manual de Usuario para la realización del ensayo de Compresión 1. Seleccione Ensayo de Compresión Para realizar el ensayo de compresión se debe seleccionar el tipo de probeta, el material que va a ser sometido a compresión, para este tipo de ensayo las probetas son de tipo circular. Rectangular, Tubular. Seguidamente es necesario guardar el NOMBRE DEL ENSAYO con extensión .dat por ejemplo ensayo29.dat. Figura 119 Representación gráfica para ensayo de Compresión 2. Seleccione Tipo de Probeta Una vez seleccionado el tipo de probeta, se debe ingresar los datos requeridos. Para citar un ejemplo en la Figura 121 se seleccionó el tipo de probeta rectangular donde los datos iniciales son la base y la altura en [mm] respectivamente. 109 Figura 120 Datos iniciales de Ensayo de Compresión 3. Ingresas todos los datos requeridos Todos los campos en blanco son necesarios y deben ingresarse. En el caso de que no sea así inmediatamente saldrá un mensaje. Existen valores en cero. Ingrese nuevamente. Figura 121 Representación gráfica valores en cero 110 4. Ingreso de longitud Inicial El cálculo de porcentaje de acortamiento se basa en la diferencia entre la longitud final y la longitud inicial. Figura 122 Ingreso de la longitud inicial para el ensayo de compresión 5. Realización de Ensayo de Compresión. Seleccionar la velocidad que quiere realizar un ensayo, Dar clic en el botón Iniciar para que empiece el ensayo. Figura 123 Inicio del Ensayo de Compresión 6. Una vez concluido el ensayo inmediatamente se activará el botón PAUSE, el mismo que detendrá la adquisición de datos. 111 Figura 124 Paro del Ensayo de Compresión 7. Como Dato Final se debe ingresar la longitud final de la probeta. A Continuación se debe pulsar el botón CALCULAR para mostrar los resultados obtenidos de dicho ensayo. Figura 125 Representación gráfica de los resultados obtenidos 8. Reporte del Ensayo de Compresión Para la generación del reporte del ensayo de compresión se debe presionar el botón REPORTE. 112 Figura 126 Inicio del reporte de Ensayos de Compresión Una vez pulsado el botón de REPORTE se abrirá una ventana de reporte de ensayo donde se deberá completar los espacios requeridos, Nombre de Documento, Material, Solicitado por: Observaciones, finalmente pulsar el botón GENERAR Figura 127 Generación del reporte de Ensayos de Compresión 113 9. Seguidamente se abrirá un archivo .doc donde estará listo para imprimir y hacer uso adecuado del mismo. Figura 128 Reporte de Ensayos de Compresión 114 CAPÍTULO V ÁNALISIS DE COSTOS El presente capítulo muestra el costo total que representa el desarrollo de la repotenciación de la Máquina Universal Time Shijin para la realización de ensayos mecánicos donde se suman los agentes directos e indirectos necesarios para su ejecución. 5.1. Costos directos Conforman la mano de obra directa y los materiales directos, es decir, son los todos los costos que afectan al producto final. 5.1.1. Materiales Directos Para la realización de la repotenciación de la máquina universal adquirieron varios tipos de materiales entre ellos están: mecánicos, eléctrico-electrónicos, instrumentación y control, y para realizar pruebas. Las siguientes tablas detallan el costo de cada elemento adquirido según el grupo perteneciente. Tabla 22 Costo de Materiales Mecánicos Cantidad Especificaciones Precio Unitario (USD) Precio Total (USD) 6 Pernos 0,15 0,90 8 Tornillos 0,20 1,60 1 Acople válvula 5,00 5,00 1 Acople sensor de Presión 5,00 5,00 1 Teflón 1,00 1,00 1 Riel 5,26 5,26 2 Cinta doble faz 1,40 2,80 1 Canaleta 5,60 5,60 1 Tablero 20,00 20,00 1 Acrílico 6,20 6,20 SUBTOTAL 53,36 115 Tabla 23 Costo de Materiales Eléctrico- Electrónicos Cantidad Especificaciones Precio Unitario (USD) Precio Total (USD) 4 Potenciómetros 500Ω 1,00 4,00 6 Borneras dos entradas 5,00 5,00 30 Cable N0 18 0,40 12,00 1 Extensión USB 5,40 5,40 1 Extensión eléctrica 3m 3,50 3,50 1 Interruptor 220V 5,95 5,95 2 Estaño 0,80 1,60 3 Adaptador hembra DB9 0,80 2.,40 3 Adaptador macho DB9 0,80 2,40 SUBTOTAL 42,45 Tabla 24 Costo de Materiales de Instrumentación y Control Cantidad Especificaciones Precio Unitario (USD) Precio Total (USD) 1 Transductor de Presión 312,10 312,10 1 Tarjeta Ni MyDaq 386,55 386,55 1 Final de Carrera 4,50 4,50 2 Módulos de Relés 15,00 30,00 SUBTOTAL 733,15 Tabla 25 Costo de Materiales para Pruebas Cantidad Especificaciones Precio Unitario (USD) Precio Total (USD) 20 Barrillas Corrugadas 1,00 20,00 15 Platinas 0.75 11,25 10 Ejes 5,00 50,00 SUBTOTAL 71,25 5.1.2. Mano de Obra La mano de obra utilizada durante el desarrollo del proyecto es un parámetro influyente dentro de los costos directos. La Tabla 26 enlista la mano de obra participada más relevante. 116 Tabla 26 Costo de la Mano de Obra Horas Proceso Costo/Hora Precio Total (USD) 2 Taladrado 8,00 16,00 15 Torneado ejes 5,00 75,00 SUBTOTAL 91,00 5.1.3. Costo Total del Proyecto Directo Después de haber analizado cada uno de los costos directos se procede a realizar la suma total dichos valores. En la Tabla 27 se observa a detalle los materiales directos, su valor y el porcentaje que representa. Tabla 27 Costo Total del Proyecto Directo Proceso Costo (USD) Porcentaje (%) Costo de Materiales Mecánicos 53,36 5,38 Costo de Materiales Eléctricos- Electrónicos 42,45 4,28 Costo de Materiales de Instrumentación y Control 733,15 73,97 Costo de Materiales para Pruebas 71,25 7,19 Costo de Mano de Obra 91 9,18 Costo Total 991,21 100 5.2. Costos Indirectos Se denominan costos indirectos a aquellos costos que no se pueden asignarse con precisión, y dentro de estos costos se detalla en la Tabla 28. Tabla 28 Costo Total de Ingeniería Descripción Valor (USD) Capacitación 100 Criterio de Ingeniería 700 Total 800 117 5.3. Costo de la Implementación del Sistema Una vez analizado los costos directos y los costos indirectos independientemente se procede a realizar la suma total que sería equivalente al costo total utilizado para realizar la repotenciación de la maquina universal siendo este valor 1,791.21 dólares. La tabla 29 presenta en detalle cómo se obtuvo dicho valor y el porcentaje representativo de cada parámetro. Tabla 29 Costo de la Implementación del Sistema Descripción Valor (USD) Porcentaje (%) Costos Directos 991,21 55,34 Costos Indirectos 800 44,66 Costo Total de Implementación 1,791.21 100 118 CAPÍTULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1. Conclusiones  Se efectuó la repotenciación de la Máquina Time Shijin Serie WAN-600C utilizada para la realización de ensayos mecánicos que se encuentra en el laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad De Las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga, que por mucho tiempo estuvo fuera de servicio, Los tipos de ensayos aplicados a esta máquina son el de tracción y compresión que sirve de refuerzo de los conocimientos académicos de los. En cuanto a la repotenciación fue conseguida debido a la implementación del sistema de medición de presión y la Interfaz Humano Máquina desarrollada con un nuevo modelo en la manipulación pero muy similar al propio de la máquina. Los resultados obtenidos de dicho proceso son mejores ya que dentro de la interfaz se dispone de campos requeridos que necesariamente debe otorgar la persona responsable del laboratorio así como la persona que quiera realizar el ensayo, finalmente se entrega un reporte detallado de todo el proceso con fecha y horas exactas, materiales y las personas responsables de dicho ensayo.  Se realizó ingeniería inversa para analizar el funcionamiento y operación original de la Máquina Universal, además se documentó cada factor importante encontrado durante este proceso, la máquina y sus sistema eléctrico se encontró detallado y conectado cumpliendo una secuencia ordenado lo que hiso fácil su entendimiento. Debido la vida útil de la máquina muchos cables se encontraron en mal estado lo que provocaba errores al momento de ponerla en marcha, otro de los factores negativos que se encontró fue la válvula que elevaba la mesa, recibía valores basura que hacían que la mesa suba de poco simulando el inicio de un ensayo.  Se realizó el acondicionamiento de señal al sensor de presión debido a que su dato de salida está en el rango de 4 a 20 m.a. y los datos de entrada 119 a la tarjeta necesariamente es de o a 10 V. no se efectuó la disminución de ruido ya que no se hiso un circuito que filtre estas señales, por lo que esto se llevó a cabo en la programación del HMI.  Se realizó ajustes pertinentes de los equipos electrónicos, como el acondicionamiento de sensores lo que aseguró que los valores obtenidos sean los correctos para obtener el diagrama Esfuerzo- Deformación.  Se optó por no utilizar el deformímetro para la obtención del módulo de elasticidad, esto en virtud que las probetas no se rompen en la el punto medio de instalación del sensor, lo que no permite medir de una forma correcta la deformación del material de prueba; además existe un inconveniente al retirar este dispositivo durante la ejecución de los ensayos, siendo necesario realizar una pausa al proceso.  El proceso del ensayo es continuo, solo se realiza una pausa en el momento que se realiza la ruptura en la probeta, además que no es estrictamente necesario realizar pruebas con probetas normalizadas sino que también se realizan con muestras de materiales disponibles en el mercado ya que de esta manera se procede en la mayoría de máquinas.  El ensayo de compresión se condicionó para que únicamente se pueda hacer una demostración del proceso con una probeta y tipo de material específico se consideró la probeta con la que se hacía el ensayo de compresión cuando la maquina estaba funcionando correctamente, esto debido a que no existen normas que avalen el tipo de probeta a utilizar.  Se realizaron pruebas de los ensayos de tracción y compresión con probetas normalizadas por la INEN, conjuntamente se efectuaron pruebas con muestras de varillas y ejes encontrados en el mercado para realizar una comparación con catálogos de empresas (ADELCA, NOVACERO, etc.) fabricadoras de dichos elementos. 6.2. Recomendaciones  Se recomienda revisar el sistema mecánico antes de proceder a realizar el control de la máquina y de ser necesario realizar el mantenimiento correctivo, ya que dichos errores pueden afectar los resultados finales. 120  Previo a la realización del ensayo revisar el manual de operación, considerando que primero se debe encender la computadora y posteriormente la máquina de ensayos, esto por seguridad para la tarjeta de adquisición de datos.  Revisar las conexiones eléctricas y el sistema hidráulico, para evitar inconvenientes durante la realización del ensayo mecánico. Además de realizar una revisión continua sobre el nivel de aceite por si este ya no fuese suficiente para el correcto funcionamiento del equipo.  Antes de regresar la máquina a su estado de reposo se debe asegurar de retirar la probeta de ensayo, debido a que su permanencia puede causar choques entre las mordazas al momento que la mesa de trabajo regrese.  Realizar periódicamente la calibración de los equipos electrónicos para asegurar el correcto funcionamiento del sistema de control de la máquina.  Para evitar accidentes en la manipulación de probetas y mordazas es necesario la utilización de Equipos de Protección Personal.  En caso de que el programa de la maquina salga de funcionamiento o deje de procesar la información, como ocurre frecuentemente porque su sistema hardware y Software están obsoletos. Se debe desconectar los puertos UBS de la tarjeta de adquisición de datos esperar un tiempo prudente estimado de 15 segundo y volver a conectar, seguidamente reiniciar la prueba desde el computador. 121 BIBLIOGRAFÍA Berrondo, J., Mongelos, M., & Pellejero, I. (2007). Apuntes de Máquinas Hidráulicas. San Sebastián : Universidad del Pais Vasco. Callester, W. (1995). Ciencia e Ingeniería de los Materiales (Primera ed.). México, D.F.: Reverte S.A. Creus, A. (1993). Instrumentación Industrial. Barcelona: Marcombo. Escacena, J. (2006). Caracterización de las Propiedades Mecánicas del Aluminio 7075-T651. Madrid. INEN. (1976). NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 0143. Quito. INEN. (2009). NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 109:2009. Quito. INEN. (2009). NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN ISO 377:2009. Quito. Marks. (2002). Manual del Ingeniero Mecánico. México D.F.: Mcgraw-Hill Interamericana. Mestizo, J. (2014). Máquina Hidráulicas: Bombas y Turbinas. México D.F.: Fime. Mott, R. (1992). 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