MEJORA DE UNA MAQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA ELONGACIÓN A LA ROTURA EN ELASTÓMEROS

Transcripción

1 MEJORA DE UNA MAQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA ELONGACIÓN A LA ROTURA EN ELASTÓMEROS Ing. Lizardo Laguna Lujan Laboratorio Físico. CITEccal ITP Lima, 20 de mayo de 2016

2 01. CITEccal Centro de Innovación Productiva y Transferencia Tecnológica del Cuero, Calzado e Industrias Conexas. Qué es un CITE? Institución que transfiere tecnología y promueve la innovación en las empresas. Es el socio tecnológico de las empresas para promover innovaciones que permitirán añadir mayor valor agregado y asegurar el cumplimiento de las normas técnicas, las buenas prácticas, y estándares de calidad que permitan, aprovechar las oportunidades de los acuerdos comerciales. Los Cites públicos pertenecen al Instituto tecnológico de la producción, adscrito al Ministerio de la Producción

3 01. CITEccal Nuestra función es la de promover la innovación en la cadena del cuero y calzado, brindar servicios especializados de investigación en laboratorios, realizar ensayos de control de calidad y certificación, así como capacitar formadores y consultores para difusión de conocimientos. Servicios Laboratorio Capacitación Certificación Taller de diseño Centro de documentación Curtiembre

4 Laboratorio. Ensayos de control de calidad en materiales cuero, calzado e industrias conexas Permeabilidad en cuero Resistencia a la flexión - pisos Resistencia a la flexión - cuero Determinación de espesor - cuero Determinación de compresión- punteras Determinación de phcuero

5 02. Proyecto de mejora propuesto Objetivo : Implementación del ensayo de elongación a la rotura según la Norma Técnica Peruana NTP ISO 37:2015 Justificación - Demanda de nuestros clientes. - Requisito en normas técnicas de calzado Norma técnica Calzado de Caballero NTP : 2015 Densidad del piso de caucho Resistencia a latracción (TS) Alargamiento a la rotura (E b ) 0,9g/cm 3 8 Mpa 300% < 0,9g/cm 3 5 Mpa 300% Calzado de seguridad NTP ISO : 2008 / ISO 4643 : 1992 Capellada polimérico 1,3 a 4,6 Mpa 250%

6 03. Problemática El Laboratorio del CITEccal cuenta con una máquina universal para realizar el ensayo de determinación de la resistencia a la tracción, la cual registra la fuerza en papel milimetrado; y no cuenta con la capacidad de conectarse a un extensómetro para realizar el ensayo de elongación a la rotura (E b ). - Adquisición de nuevos equipos vs actualización

7 04. Propuesta de solución La mejora de la maquina universal de ensayos actual, a través de un sistema de adquisición de datos, que registra las señales de fuerza y elongación, y permite el desarrollo de programas para el procesamiento de los datos y la presentación de la información. - Se utilizó tecnología de arquitectura abierta que permite realizar otras mejoras, así como la adaptación a futuros cambios, aprovechando los recursos existentes - Es una alternativa para los laboratorios que requieren aumentar sus capacidades y no cuenten aun con recursos suficientes

8 05. Algunos conceptos previos - Probeta en forma de halterio. Definidas por la norma NTP ISO 37:2015 para ensayos de tracción y elongación. Para el desarrollo de este trabajo se eligió la probeta tipo 1A la cual presenta una longitud (Le) = 20,0 mm ± 0,5 mm.

9 05. Algunos conceptos previos Esfuerzo de tracción (S): Esfuerzo aplicado para deformar la probeta. Se calcula como la fuerza aplicada (F) por unidad de superficie de la sección transversal original de la sección estrecha de la probeta. Se expresa en Megapascales ( 1 Pascal = N/m 2 ) S F w. t Donde : F = Fuerza aplicada w : Ancho de la probeta t: Espesor de la probeta Mordaza móvil Resistencia a la tracción (TS): Esfuerzo de tracción máximo registrado durante el alargamiento de la probeta hasta el punto de la rotura. Mordaza fija

10 05. Algunos conceptos previos - Resistencia a la tracción en el punto de rotura (TSb): Esfuerzo de tracción registrado en el momento de la rotura.

11 05. Algunos conceptos previos - Longitud de ensayo de una probeta (Le): Es la distancia inicial entre los puntos de referencia de la sección estrecha de una probeta. - Alargamiento a la rotura (E b ): Deformación en tracción que se produce respecto a la longitud de ensayo (L e ) en el punto de rotura (L b ), se expresa en porcentaje. E b 100. ( L b L e L e )

12 Principio del método de ensayo Las probetas normalizadas con forma de halterio se estiran en una máquina universal de ensayos, la cual registra el esfuerzo de tracción (S) y la elongación (E.), con una velocidad de desplazamiento constante de (500 mm/min). Las lecturas de fuerza y del alargamiento se capturan durante la deformación ininterrumpida de la probeta hasta que se rompe. La norma de ensayo especifica, para la medida del esfuerzo de tracción una maquina de ensayo con error máximo del 2%,conforme a la norma ISO :2015; y para la medida de la elongación a la rotura (E b ), establece el uso de un extensómetro clase D con error máximo del 2%, conforme a la norma ISO Los métodos para la medida del espesor y del ancho de la sección estrecha en la probeta están descritos en la norma NTP ISO 37 : 2015 Referencia: Norma técnica peruana NTP ISO 37:2015 Caucho, Vulcanizado o termoplástico. Determinación de las propiedades de esfuerzo - deformación en tracción.

13 Características principales de los elementos del sistema propuesto Maquina universal de ensayo Algunos elementos principales: a) Celda de carga b) Circuito transductor c) Circuito de control d) Circuitos de potencia e) Sistema electro mecánico a b c d e

14 Características principales de los elementos del sistema propuesto Maquina universal de ensayo Elementos del sistema: a) Celda de carga b) Circuito transductor c) Circuito de control d) Circuitos de potencia e) Sistema electro mecánico

15 Características principales de los elementos del sistema propuesto Extensómetro mecánico Elementos del sistema: a) Cuerpo del extensómetro b) Elementos móviles ( clips) c) Cables d) Potenciómetros e) Fuente de alimentación d c a b

16 Características principales de los elementos del sistema propuesto Sistema de adquisición de datos Elementos del sistema: a) Computador personal b) Tarjeta de DAQ c) Modulo de conexión. d) Fuente de alimentación auxiliar c d a PC DAQ b

17 Integración del sistema. Conexión del sistema DAQ con la maquina universal de ensayos y el extensómetro

18 Desarrollo de software. Software de adquisición de señal de la celda de carga ( Fuerza ) y del extensómetro ( Elongación)

19 VIDEO SOBRE LA REALIZACIÓN DE UN ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA ELONGACIÓN A LA ROTURA

20 Ajuste del sistema de medida de la fuerza F = m.g. 1 ρ air ρ m F = m.g

21 Ajuste del extensómetro Desplazamientos de clips vs tensión Clip superior Distancia D1 (mm) Tensión T1 (V) Clip inferior Distancia D2 (mm) Tensión T2 (V) D1-D2 T1-T2 20,56 0, , ,56 0, , ,38 0, ,62 0, , ,02 0, ,98 0, , ,96 0, ,04 1, , ,83 1, ,17 1, , ,11 1, ,89 1, , ,88 2, ,12 2,3774

22 Resultados Evaluación de los errores máximos permitidos para la medida de fuerza según la ISO :2015. Errores máximos encontrados en la verificación Escala Exactitud Repetibilidad Cero Resolución relativa 50 N 0,34 0,63 0,19 1, N 0,05 0,15 0,13 0, N 0,17 0,24 0,19 1, N 1,36 0,16 0,14 0, N 0,18 0,29 0,03 0,26

23 Resultados Comparación entre la curva de ajuste del extensómetro obtenida del fabricante con la obtenida con el trazador de alturas. Ecuación del fabricante : Pendiente: 0,016 V/mm e Intersección: 0,003 V Coeficientes IC 95% Error típico Inferior 95,0% Superior 95,0% Pendiente estimada (V/mm) 0, , , ,01576 Intersección estimada (mm) -0, , , ,00344

24 Resultados Evaluación de la precisión del sistema Datos sobre la precisión del método de ensayo Anexo B, NTP ISO 37 : 2011 Valor promedio Material : Caucho natural Probeta: Tipo 1ª / 20mm Repetibilidad relativa (%) Año ,35% Año ,45% Datos obtenidos en el laboratorio ( sin material de referencia certificado) Probeta E b (%) 650,00 663,85 663,20 629,95 629,95 n-1 4 Alfa 0,05 Sr z 1,645 Sr 16,85 n 5 RSD Exp 2,603 L IC 95% Sup. 4,12% CV 2,60% L Inf 1,09%

25 Modelo matemático E b = 100. (β 0 + β 1. ΔV) + δ A L 0 + δ rep +δ res Presupuesto de cálculo de incertidumbre de la elongación a la rotura para una elongación promedio de 647,39%. Aporte Incertidumbre estándar Xi Aporte de incertidumbre Ci x Xi Porcentaje del aporte a la incertidumbre Grados de libertad Incertidumbre del intercepto (b0) 0,6065 mm 9, ,52% 5 Incertidumbre de la pendiente (b1) 0,4707 mm 7,0761 9,64% 5 Incertidumbre de la medida de tensión (ΔV) 0,00184 V 0,3442 0,47% Infinitos Incertidumbre por falta de alineación (δa) -0,0030 mm 0,0002 0,00% Infinitos Incertidumbre por resolución (δrep) 0,0029 mm 0,0002 0,00% Infinitos Incertidumbre por repetibilidad (δrep) (%) 7,54 56, ,37% 5 incertidumbre estándar total 8,57 grados de libertad 8,0185 incertidumbre expandida 19,76 Valor de t (95%) 2,3060

26 Conclusiones y recomendaciones El sistema ensamblado presenta condiciones favorables para la implementación del método de ensayo de elongación a la rotura. Se requiere una evaluación con materiales de referencia certificados que permitan evaluar tanto la precisión como la veracidad del método y posteriormente participar en ensayos interlaboratorio. Es necesario realizar otras pruebas al sistema a fin de poder determinar un grado de confiabilidad y robustez y establecer el mejor período de ajuste y de calibración.

27 Gracias