Este documento describe dos pruebas mecánicas realizadas en el laboratorio: una prueba de compresión en probetas de aluminio y bronce, y una prueba de chispa en probetas de acero de composición desconocida. La prueba de compresión midió la resistencia a la compresión de cada material y si se fracturaba o no. La prueba de chispa identificó la composición de carbono en las probetas de acero comparando las chispas producidas con muestras de composición conocida.

1. Materiales Prácticas de laboratorio
PRACTICA 5:
ENSAYO DE COMPRESIÓN y ENSAYO DE
CHISPA
David Bueno Sáenz
Grado ingeniería mecánica
Grupo Laboratorio A-3
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ENSAYO DE FLEXION POR COMPRESIÓN
OBJETIVO
Los objetivos de esta práctica consisten en:
• Realizar un ensayo de compresión mediante una máquina universal para poder caracterizar
algunas propiedades mecánicas de dos metales diferentes (y por lo tanto con diferentes
propiedades o curvas de comportamiento) mediante su comportamiento tensión-deformación.
• Conocer y verificar la composición de aceros y fundiciones en forma rápida y sin mucho gasto,
Aplicando la prueba de chispa, ya que nos da a grandes rasgos una idea sobre la composición del
acero o fundición sin sensible destrucción o deterioro de la muestra que se estudia
• Familiarizarse con el empleo de estas técnicas, la normativa existente para los ensayos, las
unidades de medida, los valores característicos y la nomenclatura asociada a los resultados.
MATERIAL
► Una probeta cilíndrica de aluminio de las siguientes dimensiones (material dutil):
H=6,23 mm (Altura)
φ =6,04 mm (distancia hasta la zona de trabajo)
► Una probeta cilíndrica de cobre de las siguientes dimensiones (material frágil):
H=5,83 mm (Altura)
φ =5,98 mm (distancia hasta la zona de trabajo)
Imagen 1: Probetas empleadas (izquierda; bronce, derecha: aluminio)
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► Calibre
► Maquina universal de tracción compresión y flexión estática
► Maquina de esmerilado.
Imagen 2: Maquina universal de tracción compresión y flexión estática
Imagen 3: Maquina de esmerilado.
► Probetas normalizadas para el ensayo por chispa
Imagen 4: Probetas normalizadas
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FUNDAMENTO
1ª PARTE: ENSAYO DE COMPRESIÓN
Mediante el ensayo de tracción caracterizamos las propiedades mecánicas de algunos materiales
mediante su comportamiento cuando aplicamos cargas de tracción, lo cual suponía que si el material era
dúctil (admitía deformación plástica) tendría capacidad de hacer hilos. Sin embargo con estos ensayos
suponemos que la carga aplicada al mismo solo se aplica en una dirección determinada (direcciones
opuestas). Sin embargo las cargas pueden venir aplicadas sobre el material en otras direcciones, como por
ejemplo mediante fuerzas de compresión a las cuales el metal responderá según su maleabilidad
(capacidad de hacer láminas). Generalmente, puesto que los metales son isotrópicos, presentan iguales
propiedades mecánicas en todas las direcciones con lo que será lógico esperar que los valores para la
compresión serán similares a los obtenidos en los ensayos de tracción, aunque en ocasiones estos estas
pueden ser un poco superiores.
Se recurre para ello a la misma máquina universal de ensayos que par el ensayo de tracción, donde se
coloca esta vez las probetas sobre las superficies lisas (una fija y otra móvil) existentes entre los
elementos móviles y se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la parte móvil de
la prensa. La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad
seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga
aplicada, las máquinas poseen un plotter que grafica la curva esfuerzo deformación.
El ensayo, va a realizar sobre dos metales con diferente comportamiento, primero con una probeta de
Aluminio (metal dúctil) y después con una probeta de bronce (comportamiento menos dúctil; frágil)
2ª PARTE: ENSAYO POR CHISPA
La prueba de la chispa es probablemente uno de los métodos más usados para identificar los metales
ferrosos, no es como pudiera parecer una mera curiosidad de laboratorio, sino que se utiliza en muchas
fábricas de acero, en operaciones de control de calidad, etc…
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Cada tipo de acero produce una serie de chispas características, mediante la observación de las cuales
y con práctica pueden identificarse determinados tipos de aceros y con mucha practica dar el porcentaje
casi exacto del carbono.
Utilizando una esmeriladora mecanizada de alta velocidad y una probeta, le aplicamos cierta presión a
la muela del esmeril y esta emitirá ciertos destellos o estelas características del acero. Dependiendo de la
cantidad de carbono que contiene la probeta se producirán explosiones al inicio, a lo largo de la de la
chispa con determinados colores los que nos permitirán en general determinar la cantidad de Acero y
carbono que posee la probeta en observación.
Sí se acerca una probeta de acero a una muela de esmeril en movimiento, los granos de la muela
arrancan pequeñas partículas de acero, calentándolas hasta la temperatura de fusión, cuando esto ocurre se
producen varias explosiones, en estas se va a descomponer carbono en combinación con el oxigeno del
aire del medio ambiente, pero debemos notar que esto solo sucede con los materiales ferrosos.
La frecuencia de estos fenómenos explosivos y la forma de las figuras a que dan lugar dependen de
la composición del acero. Se distinguen formas espinosas floreadas en forma de porra, de gotas y
lanceoladas.
Imagen 5: Tipología de las chispas de los aceros
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Imagen 6: Características del acero según la tipología de la chispa
Esta práctica sirve, por tanto, para clasificar los tipos de aceros en base a su composición. Para ello
verificamos las chispas que se producen al poner en contacto la probeta, de composición conocida, y la
comparamos con el acero cuya composición en carbono queremos determinar hasta que ambas producen
las mismas chipas en forma, frecuencia y brillo, pudiendo así determinar la cantidad en carbono de
nuestro acero.
En esta práctica vamos a comparar dos aceros distintos y vamos a caracterizarlos mediante su marca
comercial correspondiente.
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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
1ª PARTE: ENSAYO DE COMPRESIÓN
Como ya hemos comentado, se recurre a una máquina universal de ensayos donde se coloca primero
la probeta de aluminio entre las superficies lisas (una fija y otra movil) existentes entre los elementos
móviles y se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la parte móvil de la prensa.
Puesto que la máquina universal carecía en aquel momento de sistema de recogida de los resultados
(plotter) únicamente se obtuvo como tal el valor máximo de la tensión de rotura o fallo en kp.
Después se procedió de la misma manera para la probeta de bronce y se apuntaron también los
resultados.
2ª PARTE: ENSAYO DE CHISPA
Para esta segunda parte se recurre a la esmeriladora donde por comparación de la chispa entre
nuestras dos probetas, de composición desconocida, y las diferentes probetas disponibles para el ensayo,
de composición conocida, hasta conseguir una coincidencia en la forma, frecuencia y brillo de la chispa
pudiendo de esta manera identificar ambas probetas.
En nuestro caso utilizamos unas muestras que están nombradas según la marca HEVA, y las hicimos
pasar por la piedra de desbaste. Comparando las chispas que salen y probando diferentes muestras de
HEVA hasta encontrar las que fueron guales, entonces, miramos que muestra utilizábamos y mirando las
tablas supimos que de que metal están hechas nuestras probetas.
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RESULTADOS
1ª PARTE: ENSAYO DE COMPRESIÓN
Se obtuvieron los siguientes resultados para los ensayos con ambas probetas:
• Bronce
f = 1900kp
φ final = 8,66mm
h final = 2,94mm
CON FRACTURA DE LA PROBETA (FRAGIL)
Gráfica 1: curva tensión deformación obtenida para materiales frágiles
F 1900 ⋅ 9,8
σ ruptura = = 2
= 662,96Mpa
S s0  d
π ⋅ 
2
• Aluminio
f = 2400kp
φ final = 2,23mm
h final = 8,82mm
SIN FRACTURA DE LA PROBETA (DEFORMACIÓN PLÁSTICA)
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Gráfica 2: curva tensión deformación obtenida para materiales dúctiles
F 2400 ⋅ 9,8
σ ruptura = = 2
= 3240,41Mpa
S s0 d 
π ⋅ 
2
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2ª PARTE: ENSAYO DE CHISPA
En este caso hemos probado 2:
F521-Acero Heva Fc- Chispas cortas.
F11s-Acero Heva Tm -Chispas largas.
Cuyas características y composición se reflejan en las tablas del fabricante como:
Imagen 7: Tablas de características de los aceros según marca comercial
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CONCLUSIÓN
Mediante el ensayo de compresión hemos conseguido:
1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecánicas de algunos materiales distintos frente a
cargas compresivas concluyendo en:
a. una mayor maleabilidad (capacidad para formar láminas) del aluminio por su deformación
plástica sin rotura frente al bronce que rompe sin apenas deformación (frágilmente).
b. De igual modo observamos, independientemente de la maleabilidad, una mayor resistencia
ante tales esfuerzos por parte del aluminio que requiere de un valor mayor en un 25% hasta
llegar al fallo.
c. Otras propiedades como la rigidez y las partes características de la curva no se pudieron
cuantificar por falta de material.
2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos.
3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio.
Mediante el ensayo de chispa hemos conseguido:
1. Caracterizar y diferenciar la composición de aceros por comparación, mediante un método, rápido,
fácil y económico, habiéndose demostrado este como un método igualmente válido y eficaz que
otros mas complejos, justificándose por tanto su uso y extensión en la práctica y realidad laboral
en las empresas del sector industrial.
2. Familiarizarnos con estas técnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos.
3. Familiarizarnos un poco más con el empleo de herramientas en el laboratorio.
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