Laboratorio de Ingeniería Mecánica Carlos Starc y Grupo GEMAT
Experiencias con los Ensayos Creep Fatiga.
En los últimos meses del año 2008 comienza a gestarse en el Departamento de Ingeniería Mecánica un equipo de trabajo al que aportan por una parte, los integrantes del Laboratorio Carlos Starc y por otra el Grupo de Estudio de Materiales (GEMAT).
La propuesta surge a partir de una inquietud planteada por la Directora del GEMAT, Dra. Ing. Lilian Moro, quien visualiza como tema de investigación de importancia a futuro el fenómeno de termofluencia de materiales, sintéticamente; la deformación lenta en el tiempo de los materiales sometidos a una tensión y temperatura al mismo tiempo. Cabe aclarar que los valores de dichas tensiones y temperaturas son de lo más variadas dependiendo de los materiales.
El Creep, así se denomina el fenómeno citado, es estudiado para materiales utilizados en prácticamente todas las ramas de la ingeniería, para dar algunos ejemplos; hormigón para ingeniería civil, filamentos de conductores y conductores en la ingeniería eléctrica, tuberías y componentes de calderas en ingeniería mecánica.
Aquella inquietud convocaba a los integrantes del laboratorio para afrontar el desafío de diseño y construcción de un equipo que permitiera el estudio de creep a partir de ensayos realizados sobre probetas normalizadas de diferentes materiales, en principio aleaciones metálicas. Se genera entonces un trabajo en equipo en el que participan, integrantes del grupo GASM como el Dr. Ing. Tulio Piovan, Ing. Claudio Gatti; del laboratorio Ing. René Molina, Tec. Manuel Serrano y becarios; del grupo GEMAT, Dra. Ing. Lilian Moro, Ing. Lucio Iurman, Mg. Ing. Gerardo Pender, Mg. Ing. Gabriel González y becarios.
Ya a fines del año 2009, se inician los primeros ensayos en un equipo robusto, de principios físicos de funcionamiento muy simple, controlado por una PC y con una particularidad, los ensayos se realizaban a tensión y temperatura constantes, muy aconsejado por la bibliografía actualizada, pero poco aplicado; en particular en nuestro país, donde en general se realizaban a carga y temperatura constantes.
Con ese primer equipo y hasta el año 2013, son presentados un número importante de trabajos a diversos congresos nacionales e internacionales, se publican papers donde se dan a conocer los resultados de múltiples ensayos sobre diversas aleaciones metálicas y comienza a generar una expectativa creciente a tal punto que se inician trabajos de investigación en conjunto con la UNS y la Facultad Regional San Nicolás.
Aquella inquietud visionaria de la Dra. Moro se concretaba y a la vez aparecían escollos, el tiempo, como principal de ellos. Los ensayos dependiendo del material y los valores de la tensión y temperatura a los que se los someta tienen una duración desde horas hasta 45 días (el más largo realizado). Con una sola máquina era difícil afrontar los compromisos que surgían. Por otra parte los cortes de energía provocaban interrupción de los ensayos y era necesario un control presencial que convocaba a algún integrante fines de semana y feriados.
Surge entonces la posibilidad de presentar un proyecto a la convocatoria anual de la Fundación Hermanos Rocca (Techint) siendo seleccionado, aportando la misma un 80 % del valor de la totalidad de los materiales para la construcción de 3 equipos controlados por un único sistema de adquisición y PC; con total independencia de funcionamiento entre ellos y de característica similares al primer equipo desarrollado.
Los equipos se terminan a fines del año 2015, durante el año 2016 se valida el funcionamiento a la vez que se implementa un sistema automático de pasaje de alimentación eléctrica de red a la de un motogenerador de 40 KVA, como así también un control vía internet del software de control que permite seguir los ensayos desde cualquier punto del país y modificar parámetros si fuera necesario.
El espectro de trabajo se amplio y en la actualidad ya no solo se ensayan materiales metálicos, sino también no metálicos y prácticamente se está en condiciones de ampliar los estudios a fenómenos combinados como Creep-Fatiga.
En la figura se pueden apreciar las curvas resultado de 3 ensayos realizados en forma simultánea en el equipo triple; todos con probetas de un mismo material (aleación de acero con 1% de Cromo y 0,5 % de Molibdeno) sometidos a los mismos valores de tensión y temperatura, inclusive con modificación de dichos parámetros en el transcurso de los mismos, todos con un mismo tratamiento térmico previo.
Se aprecia la deformación en el tiempo, y las 3 zonas típicas de un ensayo de creep, zona elástica al inicio de muy breve duración, zona de deformación plástica con leve pendiente (velocidad de deformación) que caracteriza los ensayos y la zona final o tercera etapa hacia la rotura. El objetivo era validar de alguna manera el equipo demostrando la igualdad de resultados en los 3 ensayos en simultaneo, que como se aprecia fue logrado. Cabe consignar que traducido en tiempo a horas, la duración fue de 75 días y horas, lo que demuestra que los tiempos de ensayo de termofluencia son muy prolongados, razón por la cual se necesitan varios equipos para lograr resultados en los períodos de duración de PID (Proyectos de Investigación y Desarrollo).
