1. Mediciones y Ensayos Industriales V - 1
V - EXTENSOMETRIA
V-1 Introducción:
Extensometría significa medición de extensiones, medición de alargamientos, medición de
deformaciones en el entorno de un punto. Medición, no cálculo.
La medición de las deformaciones se efectuó primeramente por medio de extensómetros
mecánicos y ópticos, buscando siempre facilidad de empleo, elevada precisión y sensibilidad,
además de su sencilla fabricación. Luego aparecieron los primeros desarrollos de extensómetros
eléctricos a resistencia llamados “Strain Gage”.
La importancia de la medición de las deformaciones, radica en que todos los cuerpos
naturales isótropos y homogéneos que se emplean normalmente en las construcciones de ingeniería,
tienen la propiedad de ser elásticos, siempre que las fuerzas que lo deforman no excedan ciertos
límites. Respondiendo a la ley de proporcionalidad entre tensiones y deformaciones “Ley de
Hooke”:
Por lo tanto, una vez conocida la deformación, podemos calcular la tensión a la que está
solicitado el cuerpo, conociendo el módulo de elasticidad del material. Siempre que conozcamos
con exactitud esa tensión, podemos hacer trabajar los materiales hasta la máxima tensión del
comportamiento elástico.
Hay básicamente tres tipos de instrumentación extensométrica: La extensometría mecánica,
óptica y eléctrica.
V-2 Extensómetros mecánicos:
El extensómetro mecánico es de lecturas muy precisa y confiable, es el que mejor se adapta
a las necesidades didácticas. No sólo disponen de sistemas de palancas o barras para amplificar la
deformación, sino que además poseen registradores a cuadrante con escalas de lectura directa o
graduados arbitrariamente. Los más comunes son el extensómetro de Huggenberger y el
extensómetro con reloj micrométrico y a palancas (cuadrante).
V-2-1 Extensómetro Huggenberger: Éste es un elemento de medición de deformaciones mecánico
a palancas múltiples. Su uso es exclusivo del
laboratorio y en ensayos de tracción y
compresión, de gran poder de amplificación. El
mecanismo básico de este instrumento consiste
en la cuchilla (e) fija, mientras que la (f), que
forma parte de la palanca (c), gira alrededor del
pivote inferior, empujando a la barra (d) contra
la aguja indicadora. La variación de longitud en
la base de medida se multiplica por la relación
. Este grado de amplificación, que depende
de cada instrumento en particular, está
generalmente comprendido entre 300 y 1200,
variando las bases de medida de entre 6 y 100
mm.
Fig. V-1 Esquema de extensómetro de Huggenberger.
2. Mediciones y Ensayos Industriales V - 2
Cálculo Matemático:
Fig. V-2 Extensómetro de Huggenberger, esquemático.
V-2-2 Extensómetro Whittemore:
Este no amplifica el movimiento y su sensibilidad depende directamente de la de un reloj
micrométrico. En este instrumento están conectadas dos barras por medio de placas flexibles. En
una de ellas está unido un reloj micrométrico, cuyo palpador se apoya contra la segunda barra. Cada
barra lleva una punta cónica limitando la base de medida. El movimiento relativo entre las barras se
indica en la escala del reloj, cuyas divisiones pueden ser de 0,0025 mm.
Fig. V-3 Extensómetro Whittemore.
V-2-3 Extensómetro DeForest con registro de rayado:
Presenta un método sencillo, barato de medida y registro de deformaciones en ensayos
estáticos y dinámicos con el mínimo trabajo de supervisión.
Este extensómetro consiste en dos partes, una placa de registro (a) y un brazo grabados (b).
Ambas se unen a la probeta por cualquier método adecuado como pegado, soldadura o tornillos.
Según semejanza de triángulos tenemos:
(1) =>
(2) =>
Remplazando (2) en (1):
Llamando k: constante de amplificación a
(Valores de k: 300, 1000, 2000 y 3000)
Alargamiento: e = k . Δl
3. Mediciones y Ensayos Industriales V - 3
Fig. V-4 Extensómetro registrador por rayado De Forest.
V-2-4 Extensómetro de cuña:
Este extensómetro consiste simplemente en una placa triangular con un ángulo muy pequeño
entre dos de los lados. Cuando se coloca entre dos espigas unidas a la probeta pueden apreciarse
separaciones muy pequeñas entre ellas. Si los catetos están en la relación de 1:10 el factor de
amplificación será de 10. Este sistema puede también usarse para reducir grandes desplazamientos,
de manera que puedan medirse con aparatos de reducido campo de medida.
Fig. V-5 Amplificación por cuña.
V-2-5 Extensómetros de Berry y Olsen:
Son dos tipos de extensómetros comerciales que utilizan amplificación por medio de una
simple palanca, están representados a continuación. Estos extensómetros utilizan una palanca que
amplía el movimiento, que actúa sobre un reloj micrométrico para poder hacer con claridad las
lecturas.
Fig. V-6 Extensómetro Berry Fig. V-7 Extensómetro Tinius Olsen.
4. Mediciones y Ensayos Industriales V - 4
V-2-6 Extensómetro Porter-Lipp:
Es un instrumento de poco peso, compacto y de base de medida relativamente pequeña. Se
une a la probeta por medio de un muelle que la rodea o por unas piezas flexibles.
Fig. V-8 Extensómetro Porter-Lipp.
V-2-7 Extensómetros Neumáticos:
El principio de funcionamiento se basa en la descarga relativa de aire entre un orificio fijo y
otro variable. La presión P, que existe en el espacio entre los dos orificios, es una función de la
descarga de aire relativa de cada orificio. Esta diferencia de presión puede medirse por medio de un
manómetro muy sensible.
El área efectiva del orificio de descarga puede variarse cambiando la distancia entre su boca
y una placa plana, contra la que descarga el orificio. Otro método utilizado en extensómetros
neumáticos es mover una válvula que, a su vez, varía el orificio de descarga.
Fig. V-9 Extensómetro neumático.
V-3 Extensómetros ópticos:
Utilizan haces luminosos para registrar los alargamientos, los cuales obviamente están
exentos de todo frotamiento y efectos de inercia. El más común de estos extensómetros es el
extensómetro a espejo o de Martens.
V-3-1 Extensómetro de espejos Marten:
Los efectos perjudiciales del rozamiento en los puntos de giro y la inercia de las palancas
mecánicas pueden evitarse usando un rayo de luz como medio de ampliación. Un pequeño espejo
5. Mediciones y Ensayos Industriales V - 5
plano está unido a una cuchilla de doble filo. Cuando gira la cuchilla, debido a la variación de
longitud de la probeta, el rayo de luz gira un ángulo doble. El factor de amplificación depende de la
distancia entre el espejo y la escala, y de la anchura entre puntas de la cuchilla. En la figura, el
factor de amplificación es 2A/B (dentro del 10 % de exactitud), siempre que la rotación del espejo
sea aproximadamente menor que 10°. La distancia B es normalmente de 5 mm y A 250 veces B,
resultando una ampliación de 500. Este instrumento es extremadamente sensible y, usando un
anteojo, pueden apreciarse hasta 0,1 mm, lo que corresponde a un cambio de longitud de 0,0002
mm.
Fig. V-10 Extensómetro Marten.
Cálculo Matemático:
Fig. V-3 Extensómetro a simple espejo de Martens, esquemático.
(1) Δl = a . Sen φ
Del triángulo (OAB) tenemos:
Tg 2φ =
Por ser un ángulo pequeño:
Tg 2φ ̅ 2 . Tg φ ̅ 2 . Sen φ
(2) Sen φ =
Remplazando (2) en (1):
Δl = a . => e = . Δl
Denominando k: constante de
amplificación
(Valores de k: 500)
Alargamiento: e = k . Δl
6. Mediciones y Ensayos Industriales V - 6
V-3-2 Extensómetro óptico Tuckerman:
Es un modelo más avanzado con relación al Marten de simple espejo, puesto que el
movimiento de giro relativo de la probeta no afecta las lecturas. En este instrumento el giro relativo
entre el espejo móvil y el fijo se mide con un auto-colimador, eliminando de esta manera el efecto
de la rotación de la probeta.
Fig. V-11 Extensómetro Tuckerman.
Fig. V-12 Tipos de extensómetros: a) Extensómetro de Martens. b) Extensómetro de Huggenberger. c) Extensómetro de
cuadrante.
V-4 Extensómetros eléctricos:
Basan su funcionamiento en el principio de la variación de las propiedades eléctricas de un
material en función de las deformaciones a las que se ve sometido. Pueden ser de tres tipos: de
inductancia variable, de capacidad variable o de resistencia óhmica variable (Strain Gage). También
existen extensómetros electrónicos.
V-4-1 Inductancia variable: Elemento electromecánico que consiste en una bobina que
experimenta cambios en su campo magnético cuando la probeta se deforma. Al circular corriente
por la bobina, se experimentan cambios en su campo magnético y análogamente en su impedancia,
al variar el parámetro mecánico de deformación.
a) b) c)
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V-4-2 Capacidad variable: Los mismos experimentan, al producirse la deformación mecánica, una
variación entre las placas de un condensador, con aire como dieléctrico, que modifica su capacidad,
produciendo variaciones en el circuito conectado y que permite determinar, aún para muy pequeñas
variaciones de capacidad, las deformaciones del material.
V-4-3 Transformador de acoplamiento:
Este instrumento genera una tensión eléctrica proporcional al desplazamiento de un núcleo
magnético interior móvil. Dispone de bobinas de conductor que están igualmente espaciadas en un
soporte apropiado. Un núcleo magnético cilíndrico, colocado axialmente en el interior, sirve de
camino al flujo magnético que une los enrollamientos.
Cuando el arrollamiento primario, el central, se
somete a una tensión eléctrica, se inducen tensiones en las
dos bobinas exteriores. Estas están conectadas en serie y de
tal manera que estén en oposición de fase. La respuesta es la
diferencia de los dos voltajes. Con el núcleo magnético en la
posición central la respuesta es nula. Esto se conoce como
posición cero. Cuando se mueve el núcleo de la posición
central, el voltaje que se produce en uno de los
arrollamientos aumenta mientras el del otro disminuye.
Mediante un proyecto adecuado, la tensión secundaria
variará linealmente con relación al desplazamiento del
núcleo magnético. El movimiento del núcleo en dirección
opuesta producirá un voltaje similar, pero en oposición de
fase.
En los aparatos comerciales, el voltaje de respuesta
puede ser hasta de 0,002 V por centésimas de milímetro de
desplazamiento. La respuesta dinámica de estas unidades es
función de la frecuencia del voltaje de alimentación.
V-4-4 Resistencia óhmica variable (Strain Gage): También llamados “galga extensométrica”.
Una galga extensométrica o extensómetro es un sensor, para medir la deformación, presión, carga,
torque, posición, entre otras cosas; está basado en el efecto piezorresistivo, el cual es la propiedad
que tienen ciertos materiales de cambiar el valor nominal de su resistencia cuando se le someten a
ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de los ejes mecánicos.[ ] Un esfuerzo que deforma
a la galga producirá una variación en su resistencia eléctrica (R), esta variación puede ser por el
cambio de longitud (l), el cambio originado en la sección (S) o el cambio generado en la resistividad
(ρ). La galga extensométrica hace una lectura directa de deformaciones longitudinales en cierto
punto del material que se está analizando. La unidad que lo representa es épsilon (ε), esta unidad es
adimensional y expresa el cambio de la longitud sobre la longitud inicial (mm/mm). En la práctica,
la magnitud de medida de Strain en muy pequeña por lo que usualmente se expresa como
microstrain (µε), que es ε x 10-6
.
En su forma más común, consiste en un estampado de una lámina metálica fijada a una base
flexible y aislante. La galga se adhiere al objeto cuya deformación se quiere estudiar mediante un
adhesivo, como el cianoacrilato. Según se deforma el objeto, también lo hace la lámina, provocando
así una variación en su resistencia eléctrica. Habitualmente la galga extensométrica consiste de un
alambre muy fino, o más comúnmente un papel metálico arreglado en forma de rejilla, que se puede
unir por medio de soldadura a un dispositivo que pueda leer la resistencia generada por la galga.
Esta forma de rejilla permite aprovechar la máxima cantidad de material de la galga sujeto a la
tensión a lo largo de su eje principal. Las galgas extensométrica también pueden combinarse con
Fig. V-13 Extensómetro de transformador.
8. Mediciones y Ensayos Industriales V - 8
muelles o piezas deformables para detectar de forma indirecta los esfuerzos. (ej. Balanzas
electrónicas)
Idealmente, las galgas deberían ser puntuales para así poder medir esfuerzos en puntos
concretos. En la práctica las dimensiones de la galga son apreciables por lo tanto se supone que el
punto de medida es el centro geométrico de la galga. Si se pretenden medir vibraciones es necesario
que la longitud de las ondas de esas vibraciones sean mayores que la longitud de la galga.
Las galgas tienen ciertas características que las representan, unas físicas y otras en cuanto a
su funcionamiento. Entre las físicas se encuentra su tamaño, peso y materiales con los que fueron
hechas, es pequeña y dura lo que facilita la velocidad en que genera las respuestas; estas son muy
importantes puesto que el resultado correcto depende de estos aspectos. Existen también
características que dependen de la fabricación de la galga, por ejemplo, la temperatura del
funcionamiento y el factor de la galga, este indica la sensibilidad que tiene el sensor. También la
resistencia de la galga, el coeficiente de temperatura, la prueba de fatiga y el coeficiente de
expansión lineal; son características necesarias para conocer bajo qué circunstancias la galga arroja
los resultados adecuados.
Los materiales que suelen utilizarse para fabricar galgas son alambres muy pequeños
de aleaciones metálicas, como por ejemplo constantán (Níquel 60%-Cobre 40%), aleaciones
(Hierro-Cromo-Aluminio), elementos semiconductores como el silicio y el germanio o gravado en
laminillas metálicas delgadas. Es por ello que las galgas se clasifican en dos tipos: las metálicas y
las semiconductoras.
Las galgas extensométrica aprovechan la propiedad física de la resistencia eléctrica y su
dependencia no es sólo de la resistividad del conductor, la cual es una propiedad del propio
material, sino también de la geometría del conductor. Cuando un conductor eléctrico es deformado
dentro de su límite de elasticidad, de tal forma que no se produzca rotura o deformación permanente
en el mismo, éste se volverá más estrecho y alargado. Este hecho incrementa su resistencia
eléctrica. Análogamente, cuando el conductor es comprimido se acorta y ensancha, reduciendo así
su resistencia al paso de corriente eléctrica. De esta manera, midiendo la resistencia eléctrica de la
galga, puede deducirse la magnitud del esfuerzo aplicado sobre el objeto.
Es de suma importancia que el Strain Gage sea apropiadamente montado sobre la pieza para
que el esfuerzo sea transferido adecuadamente desde la pieza a través del adhesivo y el material de
respaldo hasta la misma grilla metálica, le dedicaremos mas explicación a éste tema, más adelante.
Un parámetro fundamental de los mismos es la sensibilidad al esfuerzo, expresado
cuantitativamente como el “factor de galga” o “gage factor” (GF). El factor de galga es definido
como la relación de variación fraccional de resistencia eléctrica y la variación fraccional de longitud
[
⁄
⁄
⁄
], (el factor de galga típico para un Strain Gage metálico es de aproximadamente
2). De ésta relación se deduce que para obtener un mayor valor de la variación de resistencia
unitaria ( ⁄ ), a igualdad de deformaciones específicas, es necesario utilizar un extensómetro
con el mayor valor de K, este valor depende del coeficiente de Poisson “μ” del material del hilo.
Fig. V-14 Strain Gage.
9. Mediciones y Ensayos Industriales V - 9
V-4-4-1 Tipos de galgas:
a) Las galgas metálicas se constituyen por una base muy delgada y fina, a la cual se le adhiere
un hilo muy fino metálico, puede ser bobinado o plegable, al final las 2 terminales en las que
acaba el hilo se une a los transductores. Estas galgas tienen como ventaja un bajo coeficiente
de temperatura, ya que se compensa la disminución de la movilidad de los electrones al
aumentar la temperatura con el aumento de su concentración. En las galgas metálicas la
corriente máxima es de unos 25 mA si el soporte es buen conductor de calor, y 5mA en el
caso contrario; de todas formas en las galgas metálicas hay una gran limitación en la
corriente. Las principales características de las galgas metálicas en condiciones habituales
establecen que su tamaño tiene una variación entre 0.4mm y 150mm, tienen una resistencia
variable entre 120Ω y 5000Ω y su tolerancia a la resistencia está en el rango de 0.1% y
0.2%. La resistencia eléctrica de la galga metálica está dado por la relación entre
la resistividad y la longitud respecto al área transversal.
b) En las galgas semiconductoras hay un elemento semiconductor en vez del hilo metálico, su
gran diferencia respecto a las demás galgas, es su tamaño, ya que su tamaño es más
reducido. la potencia máxima disipable en galgas semiconductoras es de unos 250 mW. Las
galgas semiconductoras son capaces de soportar una alta resistencia, su fatiga de vida es más
larga y tiene menor histéresis, que es la capacidad de que el material conserve sus
propiedades bajo diferentes estímulos.
Existen ciertos aspectos característicos bajo condiciones normales de las galgas
semiconductoras, su tamaño varias entre los 1mm y 5mm, su resistencia esta
aproximadamente entre un rango de 1000Ω a 5000Ω y su tolerancia a la resistencia está
entre 1% y 2%.
V-4-4-2 Funcionamiento de la galga: Para tratar la variación de voltaje se utiliza un puente de
Wheatstone, que está formado por cuatro resistencias unidas en un círculo cerrado, siendo una de
ellas la resistencia bajo medida. El puente de Wheatstone puede operar en corriente continua y
alterna, permitiendo las medidas de diferentes resistencias. La sensibilidad de este elemento
depende de cómo está compuesto. De esta manera se puede medir resistencias desconocidas
mediante el equilibrio de los brazos del puente. Sin embargo, este método puede tener ciertos
errores en su medición que se deben a aspectos como: a) Sensibilidad insuficiente. b) Los cambios
en la temperatura afectan las resistencias y pueden generar cambios bruscos en los valores de las
resistencias.
La forma más común para obtener una señal eléctrica como resultado de una medida
utilizando el puente de Wheatstone es mediante el método de deflexión. Este método en vez de
valorar el equilibrio del puente, lo que hace es medir la diferencia de tensión entre ambas ramas o la
corriente a través de un detector colocado en el brazo central.
Para poder utilizar el puente de Wheatstone con las galgas hay que tener ciertos aspectos en cuenta,
como por ejemplo, el cableado del puente, muchas veces la galga y el puente no se encentran
situados en un mismo lugar por lo tanto las resistencias y los cambios de temperatura de los cables
pueden afectar los resultados arrojados, para evitar esto es necesario equilibrar y calibrar el puente,
este procedimiento consiste en que no puede haber tensión a la salida del puente y debe hacerse la
calibración adecuadamente comprobando que el puente de Wheatstone está arrojando correctamente
los resultados.
En la práctica, las mediciones con Strain Gage raramente involucran cantidades mayores que
unos pocos milistrain (mε). Por lo tanto, para medir esfuerzo se requiere de máxima precisión sobre
pequeños cambios de resistencia. El factor de galga es, como se dijo, la sensibilidad al esfuerzo de
un Strain Gage. Supongamos que una pieza de prueba sufre un esfuerzo de 500µε. Un Strain Gage
con un factor de galga de 2 mostrará un cambio en su resistencia eléctrica de 2 x (500 x 10-6
) =
0.1%. Para una galga de 120Ω, es un cambio sólo de 0.12Ω. Para medir cambios tan pequeños de
resistencia y compensar la sensibilidad térmica, los Strain Gage son casi siempre utilizados en
configuración puente con excitación externa.
10. Mediciones y Ensayos Industriales V - 10
El circuito general de puente de Wheatstone, consiste en cuatro brazos resistivos con una
excitación de voltaje, VEX, que se aplica a través del puente. El voltaje de salida del puente, Vo, es
igual a:
Fig. V-15 Puente de Wheatstone.
De la ecuación anterior, cuando se da que R1 /R2 = R4 /R3, el voltaje de salida Vo es nulo.
Bajo estas condiciones, se dice que el puente se encuentra balanceado. Cualquier cambio de
resistencia sobre cualquier brazo del puente, resultará en una salida del voltaje no nula. Por lo que si
reemplazamos R4 con un Strain Gage activo, cualquier cambio en la resistencia del mismo causará
el desbalance del puente y producirá una salida no nula proporcional al esfuerzo.
V-4-4-3 Disposiciones de las galgas: Para estados biaxiales de esfuerzos (muy común en el uso de
Strain Gage), una roseta de dos o tres elementos puede ser requerida para determinar los principales
esfuerzos. Cuando las direcciones de los esfuerzos se conocen de antemano, una roseta de dos
elementos, 90º, puede ser empleada con las direcciones de los ejes alineadas con los esfuerzos. Las
direcciones principales de esfuerzos pueden ser determinadas con suficiente precisión por varios
métodos. Por ejemplo, la forma de un objeto y el modo en que se carga pueden ser de manera tal
que las direcciones principales de esfuerzos resulten obvias por la simetría del problema. En la
mayoría de los casos de superficies bajo esfuerzos, cuando las direcciones principales de los
esfuerzos no son conocidas, una roseta de tres elementos debe ser utilizada. Dicha roseta puede ser
ubicada con cualquier orientación, pero usualmente se dispone de manera que una de sus grillas se
encuentre alineada con un eje principal de la pieza a probar. Las rosetas de tres elementos se
encuentran disponibles en configuraciones rectangulares de 45º tanto como configuraciones de 60º.
Fig. V-16 Disposiciones.
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V-4-4-4 Implantación de galgas extensométrica:
1) Introducción:
La acción completa de los adhesivos ocurre a través de una reacción catalítica de la humedad
absorbida del aire. Las condiciones más favorables para la adhesión son bajo valores de humedad
relativa (HR) de entre 30% y 80%. Una adhesión óptima sucede cuando el adhesivo se aplica en
capas muy finas. Capas gruesas requieren más tiempo para secar o nunca secan, por lo tanto,
superficies muy burdas deben ser evitadas y el proceso de aplicación del adhesivo debe seguirse fiel
y cuidadosamente.
2) Preparación de la superficie:
El objetivo de la preparación del material es crear una superficie limpia, libre de imperfecciones
físicas mayores y químicamente apropiadas.
2.1 Limpieza burda: Se debe eliminar todo tipo de pintura, corrosión, oxidación o cualquier otro
contaminante que pueda haber para el área de adhesión (más un área de tolerancia) de las galgas.
2.2 Suavizar la superficie: Cualquier tipo de protuberancia, canales, o imperfección mecánica debe
ser eliminada por un proceso de pulido, limado, cepillado o lo que sea necesario para el caso.
2.3 Eliminar grasas: Este procedimiento se requiere para eliminar todo tipo de aceites, grasas,
contaminantes orgánicos y residuos de productos químicos solubles. La elección del agente de
limpieza depende de la naturaleza del contaminante y si la superficie puede ser deteriorada por el
limpiador. Entre las opciones más comunes están el tolueno, acetona, alcohol isopropílico,
desengrasante en aerosol, baños líquidos agitados ultrasónicamente, métodos desengrasantes por
vapor, triclorietileno y otras sustancias químicas más especializadas.
Habiendo hecho esto, se debe enjuagar la superficie con agua de tal manera que al terminar se deje
una capa continua de sólo agua sobre la superficie. Ésta se debe secar con papel o con calor. El
procedimiento de limpieza consiste en empapar una gasa en el agente limpiador y lavar la superficie
cubriendo inicialmente un área mayor a la deseada.
Notas importantes:
- El agente limpiador debe estar químicamente limpio y no debe dejar residuos.
- Nunca usar el agente limpiador directamente del recipiente donde se almacena. Una
cantidad adecuada debe traspasarse a un recipiente limpio del cual se usará.
- Cada gasa usada debe ser desechada y nunca introducir una gasa usada en el recipiente con
el agente limpiador.
- Porciones del agente limpiador sin usarse deben desecharse.
- El área a limpiar debe ser bien delimitada y avanzar progresivamente en esa zona hasta
cubrirla completamente sin regresar a limpiar nuevamente para evitar introducir nuevas
partículas sucias a la zona limpia.
2.4 Lijado: La adhesión entre dos superficies depende del área de las superficies que se cubre con el
adhesivo. Un buen pulido fino de las superficies aumenta la adhesión porque aumenta el área de
contacto efectiva. Pera lijar la superficie se debe tomar en cuenta que sea un papel de lija apropiado
para el material y de un grado adecuado. Para acero se usa un grado 80 a 180 y para aluminio un
grado 220 a 360. Para evitar hacer canales en el material este procedimiento debe hacerse en
movimientos circulares y de preferencia usando primero un papel de lija más grueso y después uno
más fino.
2.5 Limpieza fina: Cualquier residuo de lija, material o polvo generado en el proceso anterior debe
ser eliminado cuidadosamente. Se pueden usar los mismos métodos usados en el punto 2.3. Tome
cada gasa empapada con pinzas de punta finas y pásela por la superficie una sola vez. Este
procedimiento debe ser repetido una y otra vez hasta que la gasa no muestre señas de decoloración
al pasarla por la superficie. La superficie debe dejarse seca y libre de residuos de gasa.
Debe cuidar no soplar o respirar cerca de la superficie y evitar tocarla.
2.6 Marcar la superficie: La superficie del espécimen donde se van a aplicar las galgas debe
marcarse ligeramente para poder alinear las galgas según la deformación que se desea medir.
Utilícese un lápiz 4H para aluminio y un bolígrafo para acero para hacer unas ligeras marcas en la
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periferia del lugar de aplicación de las galgas. Tenga presente que las galgas contienen también
señales de alineación.
2.7 Alcalinidad óptima: Si es el caso, la superficie debe ser tratada para poner su valor de
alcalinidad de 7 a 7.5 pH. Se aplica un neutralizador líquido libremente sobre la superficie limpia,
se talla y seca con gaza o con palillos con punta de algodón. Tallar y secar debe hacerse siempre en
una sola dirección y sin reusar el algodón o gaza.
Si los procedimientos anteriores se han seguido con atención y cuidado, la superficie esta ya lista
para que las galgas se adhieran. A partir de este momento las galgas deben ser adheridas tan pronto
sea posible para minimizar contaminación.
3) Adhesión de las galgas:
3.1 Posicionamiento de la galga: Tome la galga con unas
pinzas finas y colóquela en una superficie químicamente
limpia con la superficie de adhesión hacia abajo. Si va a
usar terminales para soldar se recomienda colocarlas a
1.6 mm del límite de la galga y alineadas en el centro.
Tome un pedazo de cinta adhesiva de unos 10 ó 15 cm
de largo y póngala sobre la galga y terminal de tal
manera que queden centradas en la cinta. Levante la
cinta cuidadosamente en unángulo de aprox. 45º de la
superficie, trayendo consigo la galga y terminal
adheridas, como lo muestra la figura de la derecha.
3.2 Alineación de la galga: Posicione la cinta con la
galga y terminal en el espécimen de tal manera que las
marcas de alineación coincidan con las marcas del
espécimen y pegue firmemente un extremo de la cinta
como se muestra en la figura de la derecha. Si la
alineación no coincidiera a satisfacción, levante la cinta
de un extremo manteniendo un ángulo igual o menor a
45º hasta despegar la cinta completamente. Repita el
procedimiento de alineación hasta quedar satisfecho.
Para técnicos principiantes se recomienda usar cinta
adhesiva especializada para estas aplicaciones ya que
ésta no deja residuos de adhesivo cuando se despega.
3.3 Preparación final: Levante la cinta con la galga en un
ángulo agudo (ilustración 3) hasta que la terminal quede
aproximadamente 1 cm libre. Doble la cinta sobre si
misma y pegue el otro extremo sobre la superficie del
espécimen de tal manera que la galga y terminal queden
expuestas en una superficie plana con la parte a
adherirse hacia arriba (ilustración 4).
Nota 1: Se deben revisar las especificaciones del
fabricante para saber si la galga misma requiere de
limpieza en la superficie de adhesión. Si la galga ha sido
contaminada entonces debe ser limpiada con algodón y
un neutralizador.
Nota 2: Algunos adhesivos requieren que se le aplique a
la galga un catalizador para que el adhesivo tome mejor
efecto. Si este es el caso, siga los procedimientos
marcados por el fabricante.
Nota 3: Los siguientes tres pasos deben ser realizados en la secuencia mostrada y en un lapso de 3 a
5 segundos. Lea y memorice estos pasos antes de iniciar el procedimiento.
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3.4 Aplicación del adhesivo: Levante la cinta del lado
que ha sido doblada sobre sí misma. Tomando la cinta
sin jalar ni doblar. Aplique una o dos gotas de adhesivo
en la unión de la cinta con el espécimen a
aproximadamente 1 cm. de la periferia de la galga con
terminal (vea la ilustración 5). Esto permite que la
polimerización instantánea del adhesivo al contacto con
el espécimen no provoque imperfecciones en la
homogeneidad y uniformidad de la película de adhesivo.
3.5 Adhesión: Inmediatamente desdoble la cinta para
quedar a aproximadamente 30º de la superficie del
espécimen con la galga y terminal haciendo un 'puente'
sobre el lugar de instalación. Mientras se sostiene la cinta
con una ligera tensión, aplique una presión deslizante con
sus dedos y un pedazo de gasa que vaya oprimiendo la
galga y terminal sobre su posición y alineación deseadas
(ver la ilustración 6). Use una presión firme al 'recostar' la
galga sobre su posición ya que se requiere una película
muy delgada y uniforme de adhesivo para resultados
óptimos.
3.6 Aplicación de presión: Inmediatamente después de la
acción deslizante y ya con la galga en su posición y
alineación correctas, aplique una presión firme con el
dedo pulgar sobre la galga y terminal (ver ilustración 7).
Esta presión se debe ejercer por lo menos por espacio de
un minuto. En condiciones de humedad baja (menos de
30% de HR) o en temperaturas menores a 20ºC la
presión debe extenderse a varios minutos, dependiendo
de las condiciones. Cuando se tienen galgas de tamaño
grande o superficies no uniformes puede requerirse de un
dispositivo mecánico para aplicar la presión, por lo que
también se requiere aplicar presión por más tiempo. El
calor del dedo humano ayuda a una rápida
polimerización del adhesivo. Espere por lo menos dos
minutos para quitar la cinta después de retirar la
aplicación de presión.
3.7 Retirar la cinta: La galga y terminal ya deben estar
firmemente adheridas al espécimen. Para retirar la cinta,
jálela directamente sobre sí misma de forma continua y
lenta para evitar ejercer fuerzas innecesarias sobre la
galga. Realmente no es necesario retirar la cinta
inmediatamente después de la instalación y puede
permanecer como protección mecánica hasta que se vaya
a proceder a soldar.
4) Procedimientos para soldar:
4.1 Herramienta y técnica para soldar: Se debe cuidar
que la punta del cautín sea de terminación plana o tipo desarmador plano (figura 1) y que se solde
usando la parte plana (figura 2). Se debe cuidar que se tenga una temperatura adecuada en el cautín
y que NO se haga contacto con la terminal de la galga por más de un segundo.
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4.2 Procedimiento para soldar: Este procedimiento debe
realizarse con cuidado para evitar cualquier eventual
daño a la galga. Como paso previo a soldar cables a las
galgas los cables a soldar y las terminales deben ser
recubiertos de soldadura para obtener una mejor
transferencia de calor y una soldadura más rápida y
nítida. En el caso de tener galgas extensométrica no
encapsuladas, antes de soldar se debe cubrir el área de la
galga con cinta adhesiva, dejando la mitad de los
terminales de la galga expuestos para soldar, como en la
figura 3. Procure usar un cautín con temperatura
controlada. Temperaturas muy altas tienden a oxidar la
punta y a evaporar instantáneamente la pasta de soldar lo
cual hace la operación más difícil. Se recomienda fijar el cable a soldar con una cinta adhesiva
también para tener los cables a soldar en el lugar correcto y dispone de ambas manos para soldar.
Coloque el cautín a un ángulo de 30° o menor sobre la terminal de la galga y cable y al mismo
tiempo alimente aproximadamente 3mm de soldadura (figuras 2 y 4). Al terminar levante
simultáneamente la punta del cautín y la soldadura. La soldadura debe ser de la que contiene flujo
antioxidante en su interior. El procedimiento de soldado de cada terminal debe durar
aproximadamente 1 segundo. La soldadura debe quedar como un pequeño montículo sobre la
terminal (figura 5) y la punta del cable y debe tener un aspecto suave y brillante. Deben evitarse
picos y soldaduras opacas.
15. Mediciones y Ensayos Industriales V - 15
5) Recubrimientos de protección:
5.1 Barniz de recubrimiento: La instalación completa debe protegerse mediante recubrimientos
especializados. El tipo y técnica de recubrimiento depende de la aplicación y el ambiente de uso del
sensor. En general se requiere de al menos un barniz protector y podría llegar a requerirse una capa
de silicón o cera para protección mecánica y contra humedad respectivamente.
V-5 Bibliografía:
Análisis experimental de tensiones, W. H. Tuppeny, A. S. Kobayashi. Ediciones URMO.
Ensayos Industriales, González Arias. Litenia
Implantación de galgas, http://www.desi.iteso.mx/elec/instru/galgas.pdf