Clasificación de Equipos e Instrumentos en Electricidad.docx
ESFUERZO-DEFORMACION
1.
2.
3. En la mayoría de las ocasiones, los materiales
metálicos se emplean con fines
estructurales. Es decir, los componentes
fabricados con metales deben responder de
forma adecuada a determinadas situaciones
mecánicas. La expresión de responder de
forma adecuada puede entenderse en muy
diferentes sentidos. Así, en muchos casos,
significa no fallar en servicio, pero en otros
como, por ejemplo, un fusible
mecánico, puede significar lo contrario.
4. Si un cuerpo es sometido a esfuerzo tensivo o compresivo
en una dirección dada, no solo ocurre deformación en esa
dirección (dirección axial) sino también deformaciones
unitarias en direcciones perpendiculares a ella (deformación
lateral). Dentro del rango de acción elástica la compresión
entre las deformaciones lateral y axial en condiciones de
carga uniaxial (es decir en un solo eje) es denominada
relación de Poisson. La extensión axial causa contracción
lateral, y viceversa.
Las propiedades mecánicas de los materiales nos permiten
diferenciar un material de otro ya sea por su composición,
estructura o comportamiento ante algún efecto físico o
químico, estas propiedades son usadas en dichos materiales
de acuerdo a algunas necesidades creadas a medida que ha
pasado la historia, dependiendo de los gustos y
propiamente de aquella necesidad en donde se enfoca en el
material para que este solucione a cabalidad la exigencia
creada.
5. DEFORMACION REAL Y UNITARIA.
La deformación es el proceso por el cual una pieza, metálica o
no metálica, sufre una elongación por una fuerza aplicada en
equilibrio estático o dinámico, es decir, la aplicación de fuerzas
paralelas con sentido contrario; este puede ser resultado, por
ejemplo de una fuerza y una reacción de apoyo, un momento
par o la aplicación de dos fuerzas de igual magnitud, dirección
y sentido contrario (como es el caso de los ensayos de tensión y
compresión).
6. La deformación de cualquier pieza está
relacionada con varias variables, como son el
área transversal a la aplicación de la fuerza
(es decir, que la fuerza y el área formen un
ángulo de 90º), la longitud inicial de la pieza
y el módulo de elasticidad (al cual nos
referiremos más adelante).
7. Luego tenemos una primera fórmula para hallar la deformación de un
material:
δ= (PL)/(AE)
Donde:
P: Fuerza aplicada a la Pieza
L: Longitud Inicial de la Pieza
A: Área transversal a la aplicación de la fuerza
E: Modulo de Elasticidad del Material
Es importante resaltar que la relación (P/A), se mantiene
constante, así ocurran cambios en las longitudes iniciales de una
pieza A y una pieza B, con longitudes L1 y L2, mientras se mantenga
la relación (P/A) y el material no cambie (ejemplo, un acero de bajo
carbono).
Ahora, reordenemos la ecuación, si teníamos:
δ= (PL)/ (AE)
Definimos la deformación unitaria como:
ε= (δ/L)
Y el esfuerzo axial, como la relación de fuerza sobre área transversal:
σ = (P/A)
Tendremos, al reemplazar en la ecuación inicial, la ley de Hooke:
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9. Este diagrama generalizado, es un ejemplo de un material
dúctil, es decir, que el material fluye después de un cierto
punto, llamado punto de fluencia. La ley de Hooke solo es
aplicable para la zona elástica, que es la zona que está antes
del punto de fluencia, zona donde el material tiene una
relación de proporcionalidad del esfuerzo y la deformación
unitaria.
Podríamos pensar que la deformación es siempre
un fenómeno negativo, indeseable por tanto produce
esfuerzos y tensiones internas en el material.
La deformación de los materiales produce mayores niveles de
dureza y de resistencia mecánica, y es utilizado en algunos
aceros que no pueden ser templados por su bajo porcentaje
de carbono. El aumento de dureza por deformación en un
metal se da fundamentalmente por el desplazamiento de
los átomos del metal sobre planos
cristalográficos específicos denominados planos de
deslizamiento.
10.
11. TIPOS DE FUERZAS.
Para entender a la perfección el comportamiento de
la curva Esfuerzo-Deformación unitaria, se
debe tener claro los conceptos que hacen
referencia a las propiedades mecánicas de los
materiales que describen como se comporta un
material cuando se le aplican fuerzas externas, y a
las diferentes clases de estas mismas a las cuales
pueden ser sometidos.
Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada
intenta estirar el material a lo largo de su línea
de acción.
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13. Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas
actúan sobre el cuerpo tratando de
“doblarlo”, alargando unas fibras internas y
acortando otras.
14. Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada
intenta comprimir o acotar al material a lo
largo de su línea de acción.
15. Fuerza de Cizalladura o cortadura: Las
fuerzas actúan en sentidos contrarios sobre
dos planos contiguos del cuerpo, tratando de
producir el deslizamiento de uno con
respecto al otro.
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17. El esfuerzo tiene las mismas unidades de la
presión, es decir, unidades de fuerza por
unidad de área. En el sistema métrico, el
esfuerzo se mide en Pascales (N/m2). En el
sistema inglés, en psi (lb/in2). En aplicaciones
de ingeniería, es muy común expresar el
esfuerzo en unidades de Kg /cm2.
18. DEFORMACION SIMPLE / UNITARIA.
Se refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando se
encuentra sometido a cargas externas.
Estas deformaciones serán analizadas en elementos estructurales cargados
axialmente, por lo que entre las cargas a estudiar estarán las
de tensión o compresión.
EJEMPLO.
Los miembros de una armadura.
-Las bielas de los motores de los automóviles.
Los rayos de las ruedas de bicicletas.
Etc.
DEFORMACION UNITARIA
Todo miembro sometido a cargas externas se deforma debido a la acción de
fuerzas.
La deformación unitaria, 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.
Por lo tanto la ecuación que define la deformación unitaria un material sometido a
cargas axiales está dada por:
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20. PROBLEMA #1
Un poste corto construido con un tubo circular hueco de aluminio, soporta una
carga de compresión de 54 kips (Fig. 1). Los diámetros interior y exterior del tubo
son d1=36 in y d2= 3.6 in, respectivamente y su longitud es de 40 in. Hay que
determinar el esfuerzo de compresión.
Solución: Suponiendo que la carga de compresión actúa en el centro del tubo
hueco, podemos usar la ecuación σ= P ⁄ A para calcular el esfuerzo normal. La
fuerza P es igual a 54 k (o 54 000 lb) y el área A de la sección transversal es:
A= (π /4) · (d2²-d1²) = (π / 4) · [(5.0 in) ² - (3.6 in) ²] = 9.456 in²
Por lo tanto, el esfuerzo de compresión en el poste es:
σ = P / A = 54 000 lb / 9.456 in² =5710 psi.
Si la fuerza tuviera sentido opuesto al mostrado en la figura 3, el esfuerzo seria de
tensión ó tracción, ya que tiende a alargar el poste, este tendría la misma
magnitud, ya que la fuerza P es la misma, pero en otra dirección y el área
transversal A si es exactamente la calculada anteriormente.
