Diseño de màquina electromecánica con capacidad de 100 kn para ensayos de tracción de probetas de acero

Abstract

En este trabajo de investigación de tipo tecnológica, se realizó el diseño de una maquina electromecánica de 100 KN de capacidad de tracción para ensayar probetas bajo tensión hechas de acero al carbono y aceros aleados. Este estudio se basa en fundamentos de ingeniería y de diseño mecánico, lo cual involucra muchas áreas de la mecánica aplicada como: elementos de máquinas, resistencia de materiales, diseño de máquinas, mecánica racional, mecánica de sólidos, maquinas eléctricas e ingeniería de manufactura y de mantenimiento. En este trabajo se han diseñado los mecanismos más importantes, para lo cual primero se efectuó una metodología de diseño conceptual, funcional y de detalle de los componentes de la maquina: sistema de soporte estructural sistema de sujeción de probetas, sistema de carga de tracción, sistemas de medición de datos del ensayo y unidad de control y de regulación. Se realizaron metodologías de cálculo estático por predicción de falla por carga estática, predicción por carga variable para las piezas con carga fluctuante; estabilidad de la estructura soporte y frecuencia natural y cálculos de tornillo de potencia, uniones atornilladas. Se verificaron que las dimensiones y parámetros de funcionamiento de la máquina de ensayos a tracción cumplan con los rangos establecidos en las normas técnicas para este tipo de ensayos de materiales metálicos como los aceros. Se determinó que la máquina de ensayo necesita una potencia de accionamiento de 0.756 kW y velocidad reducida hasta 0.933 RPM y par necesario de 636.62 Nm, siendo de dimensiones de 1518.60 mm de alto por 503.18 mm de ancho, obteniendo un factor de seguridad mínimo 2.25 y una deformación máxima de 0.314 mm.La velocidad de carga aplicada será de 22.5 mm/min. Las probetas a ensayar están bajo la norma NTP341.002 hechas de acero al carbono y aleados comerciales, el ensayo de tracción bajo la norma NTP-ISO6892:2000, para determinar las propiedades mecánicas de estricción, elongación, esfuerzos de fluencia, resistencia a la tracción y esfuerzos de rotura. La máquina es factible técnicamente de construir y su factibilidad económica es posible pues el costo total es de 9080.89 nuevos soles, con una tasa interna de retorno de 253% en un periodo de 2 años.