Ensayos de Dureza, Corrosión y Transductores en Tecnología Industrial

Cálculo y Derivación de la Dureza Vickers (H_v)

Para comprender la deducción de la fórmula de la dureza Vickers, partimos de la relación geométrica del penetrador piramidal de diamante:

b / 2 = OC × sen(68°)

El área total de la huella (S) es cuatro veces el área de cada uno de los triángulos laterales que la forman:

S = 4 × (b × OC / 2)

Sabiendo que:

sen(68°) = (b / 2) / OC ⇒ OC = b / (2 × sen(68°))

Sustituyendo el valor de OC en la ecuación del área S, obtenemos:

S = b² / sen(68°)

Por la relación de la diagonal de la base cuadrada (d) mediante el teorema de Pitágoras:

d² = b² + b² = 2b² ⇒ b² = d² / 2

Sustituyendo b² en la fórmula del área:

S = d² / (2 × sen(68°)) = d² / 1,854

Finalmente, la dureza Vickers (H_v) se define como la relación entre la fuerza aplicada (F) y el área de la huella (S):

H_v = 1,854 × (F / d²)

Corrosión de Metales y Métodos de Protección

Protección Catódica

La protección catódica consiste en incluir la pieza que se desea sumergir en un circuito eléctrico que se oponga a la fuga de electrones generados en el ánodo, la cual provoca la oxidación del material.

Factores que Influyen en la Corrosión

• El propio producto o naturaleza del metal.
• El medio en el cual se baña o sumerge el metal.
• El modo de contacto entre el metal y el medio.

Métodos de Protección

Protección Metálica

Se realiza mediante tratamientos superficiales y recubrimientos con otros metales:

• Pulido
• Desengrasado
• Decapado
• Recubrimiento por electrólisis
• Inmersión en baño de metal fundido

Protección No Metálica

Se emplean recubrimientos orgánicos e inorgánicos no conductores:

• Pintura
• Esmaltado
• Fosfatación
• Oxidación superficial

Cálculo y Derivación de la Dureza Brinell (HB)

La dureza Brinell se define como la relación entre la fuerza aplicada y el área del casquete esférico de la huella:

HB = F / S

Donde el área del casquete esférico (S) se calcula como:

S = π × D × f

Donde las variables representan:

• D: Diámetro del penetrador (bola).
• f: Flecha del casquete esférico (profundidad de la huella).

Para calcular la flecha (f), aplicamos el teorema de Pitágoras en el triángulo formado en el interior de la esfera:

(D / 2)² = (d / 2)² + (D / 2 - f)²

Despejando la flecha (f):

f = ½ × [D - √(D² - d²)]

Finalmente, sustituimos el valor de la flecha (f) en la primera ecuación para obtener el área S y calcular la dureza Brinell (HB).

Instrumentación y Transductores Industriales

Tacómetro de Inducción

Consiste en una pieza giratoria (que puede ser un trozo de hierro) que hace que el flujo que atraviesa un circuito magnético (el cual contiene un imán y una bobina) varíe entre un valor máximo y un mínimo, induciendo una corriente proporcional a la velocidad de giro.

Pirómetros de Radiación

Se basan en la ley de Stefan-Boltzmann: la energía radiada por unidad de tiempo y unidad de superficie de un cuerpo es directamente proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.

La ecuación matemática que lo rige es:

W = ε × σ × T⁴

Donde ε es la emisividad del cuerpo, σ es la constante de Stefan-Boltzmann (originalmente referida como tensión sub cero o constante σ₀) y T es la temperatura absoluta.

Transductor Resistivo

En estos dispositivos, la presión desplaza un cursor a lo largo de una resistencia a modo de potenciómetro, cuyo valor eléctrico se modifica de forma proporcional a la presión aplicada.

Transductor Capacitivo

Miden la presión por medio de un diafragma metálico que constituye una de las armaduras de un condensador. Cualquier cambio de presión hace variar la separación entre el diafragma y la otra placa, modificando la capacitancia del sistema.

Galgas Extensométricas

Se basan en la variación de longitud y diámetro que tiene lugar en un hilo conductor o semiconductor al ser sometido a un esfuerzo mecánico como consecuencia de una fuerza o presión.

La resistencia eléctrica resultante se expresa como:

R = R₀ × (1 + x)