Relajación de esfuerzos

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Practica III – Relajación de esfuerzos 
	Andres Marquez1, Ismael Valdez 22.
	Universidad Politécnica Salesiana, Carrera de Ingeniería Mecánica 
	Asignatura: Materiales Polimericos, Cuenca – Ecuador, Fecha de entrega: 30-01-14
	
1 Estudiante de séptimo ciclo de la Carrera de Ingeniería Mecánica, correo electrónico: ivaldez@est.ups.edu.ec
2 Estudiante de séptimo ciclo de la Carrera de Ingeniería Mecánica, correo electrónico: amarquez@est.ups.edu.ec
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1. Presentación de la práctica
En esta práctica se presentan las pruebas de relajación realizadas en plásticos, este método consiste en aplicar repentinamente a un material una cierta deformación que se mantiene constante el tiempo suficiente para poder observar las respuesta del esfuerzo resultante del material
2. Requisitos, precauciones y evaluación
Requisitos
Conocimiento de manejo de los equipos de laboratorio experimental, conocimiento de conceptos generales, definiciones relacionadas con los polímeros, interpretación de esquemas y resultados obtenidos en los laboratorios.
Precauciones
Verificar que todos los equipos de laboratorio se encuentran en óptimas condiciones de uso para la mejor realización de la práctica. Realizar una inspección general de los materiales o probetas con los que vamos a realizar la práctica.
3. Objetivos
Entender los conceptos de relajación de esfuerzos.
Obtener e interpretar datos a través de mediciones realizadas en el laboratorio.
4. Equipos, instrumentos y software
Tabla 1. Tabla de equipos, instrumentos y software
	Descripción
	Marca
	Serie
	Material asignado
	
	
	Calibrador de espesores
	
	
	Calibrador Vernier
	
	
	Prensa
	
	
	Dinamómetro
	
	
	Software calculos
	
	
5. Exposición
Deformación y falla de los materiales polímeros.
Las propiedades mecánicas de los materiales polímeros se especifican con muchos de los mismos parámetros usados en los metales.
Se utiliza la prueba de tensión para encontrar los valores de las propiedades.
En los polímeros sin embargo, la mayoría de sus propiedades mecánicas son sensibles a lo siguiente:
 
• La rapidez de deformación (strain rate)
• La temperatura.
• La naturaleza química del ambiente que los rodea (presencia de agua, oxígeno, solventes orgánicos, etc.)
Existen tres tipos tendencias típicas de curvas de esfuerzo-deformación unitario en los materiales polímeros.
Figura 1: Curva esfuerzo-deformación unitario
A: polímeros frágiles
B: materiales plásticos (similar a los metales)
C: Elastómeros
Las propiedades mecánicas de los polímeros son mucho más sensibles a los cambios de temperatura en los alrededores de la temperatura ambiente.
Por ejemplo, consideraremos la curva σ-ε para el plexiglás (PMMA)
Figura 2: Curva σ-ε plexiglás.
Existen tres temperaturas importantes en los materiales polímeros:
Temperatura de degradación (Td) 
A esta temperatura se rompen los enlaces covalentes de la cadena. El efecto es disminuir el peso molecular del material, haciéndolo frágil. 
• Temperatura de transición vítrea (Tg) 
Es la temperatura a la cual las zonas amorfas de polímero se comportan como un líquido muy viscoso. 
• Temperatura de fusión (Tm) 
Es la temperatura a la cual los cristales que pueden existir en el material desaparecen y la fuerza da atracción entre las cadenas disminuye, haciendo que las cadenas puedan fluir.
Figura 3: Tabla comparativa
En los polímeros se da la deformación elástica y plástica casi al mismo tiempo. En la deformación elástica, las moléculas se reacomodan.
Figura 4: Reacomodación de moléculas.
En la deformación plástica, las moléculas se desenmarañan y deslizan entre sí. Ambos procesos se dan simultáneamente.
La deformación de los materiales polímeros depende del esfuerzo aplicado y de la rapidez con que se aplica el esfuerzo. Debido a esto se dice que los polímeros tienen comportamiento viscoelástico.
Viscoelasticidad:
Cuando en un material viscoelástico se aplica un esfuerzo lentamente, las cadenas deslizan fácilmente una al lado de la otra, haciendo que el material se comporte como si fuera un líquido viscoso. Sin embargo al aplicar un esfuerzo rápidamente, las cadenas no tienen suficiente tiempo para deslizar con respecto a las otras, y el material se comporta como si fuera un sólido elástico. 
El comportamiento viscoelástico puede modelarse así:
Figura 5: Comportamiento visco elástico
Si una fuerza se aplica lentamente, el resorte se deforma muy poco y el amortiguador se extiende simulando la deformación permanente. Por otro lado, si la fuerza se aplica rápidamente, el resorte se estira y el amortiguador se extiende muy poco. En este caso, la deformación es en su mayoría elástica.
La naturaleza viscoelástica de los polímeros causa dos fenómenos:
Termofluencia
Cuando se aplica un esfuerzo constante, el material se deforma plásticamente a lo largo de un período largo del tiempo.
Figura 6: Aplicación de esfuerzo 
La Termofluencia se describe con curvas de Termofluencia.
% deformación
Figura 7: Diagrama deformación tiempo
Estas curvas pueden representarse por la ecuación ε(t) = at
Donde: 
ε(t)= deformación unitaria en función del tiempo. 
a y n son constantes para σ y T. 
Cuando la deformación (a lo largo del tiempo) es grande, la reducción del área transversal hace que el material se rompa.
Este fenómeno se describe con curvas de esfuerzo-ruptura.
Figura 8: Curva esfuerzo-ruptura 
Relajación del esfuerzo
Figura 9: Relajación de esfuerzo.
Para lograr que δ se mantenga constante, la fuerza aplicada F debe disminuir con el tiempo. El esfuerzo aplicado para mantener δ constante en el tiempo disminuye. A ese fenómeno se le llama relajación del esfuerzo.
La variación del esfuerzo aplicado puede modelarse con la siguiente ecuación:
σ(t)= esfuerzo en función del tiempo. 
σo = esfuerzo aplicado en t =0
t = tiempo 
λ = tiempo de relajación (es una propiedad del material)
6. Procedimiento
1. Determine el tipo de material de la película asignada por el monitor, para el desarrollo de la práctica.
2. Mida el espesor de la película mediante el calibrador de espesores.
3. Con ayuda del calibrador vernier mida la longitud inicial de dicha película. Para hacerlo marque la película en dos extremos que le indiquen cual va hacer su referencia, tenga en cuenta la distancia que necesitara para sujetar la película en las prensas. (Ver Figura 10).
Figura 10: Lamina inicial
4. Ubique la película de acuerdo al montaje. (Ver Figura 11).
Figura 11: Montaje de relajación de esfuerzo - tiempo
 
5. Fije el metro en uno los extremos fijos de la prensa (Ver Figura No. 12).
Figura 12: Montaje del dinamómetro y el flexómetro
6. Con ayuda de la prensa y del metro estire la película 5 mm a partir de su longitud inicial. Mantenga cuidadosamente esta deformación.
7. Tome cada 5 segundos, el valor arrojado por el dinamómetro. (Ver Tabla E.).
8. Realice las gráficas de deformación vs. tiempo y esfuerzo vs tiempo de la película.
7. Resultados y/o discusión
7.1 Resultados
. 
7.2 Discusión
8. Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
Recomendaciones
Referencias
1. Definición de proceso [en línea]. [Consultado el 28 de Agosto de 2013]. Disponible en:
http://arpcalidad.com/definicin-de-proceso/
2. Definición de procedimiento [en línea]. [Consultado el 28 de Agosto de 2013]. Disponible en:
http://definicion.de/procedimiento/#ixzz2dxpN2RIZ
3. Glosario [en línea]. [Consultado el 28 de Agosto de 2013]. Disponible en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Glosario
4. Citar la información [en línea]. [Consultado el 28 de Agosto de 2013]. Disponible en:
https://docs.google.com/file/d/0B-XbuzFK_a deFB0R3IwR1NhUGM/edit?usp=sharing
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