CAMARAS DE ENSAYOS - CCI CONTROL DE CALIDAD

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Fatiga termodinámica bajo condiciones climáticas extremas

 

Imagen: SpaceX. Falcon Heavy

 

Imagen: Cámara de choque térmico súbito de tres compartimentos

La fatiga termodinámica, o fatiga mecánica provocada por cambios térmicos, consiste en el sufrimiento estructural provocado por los cambios de temperatura repetitivos a los que se ven sometidos los materiales, los mecanismos y los sistemas en general, bajo condiciones funcionales de servicio extremadamente agresivas. Casos típicos son los componentes del compartimento motor de los automóviles, turbopropulsores de aviones, cohetes o lanzaderas satelitales, etc., y por supuesto las naves espaciales. Un buen ejemplo es el cohete más potente jamás creado por la humanidad, el desarrollado por Elon Musk de SpaceX denominado Falcon Heavy. 

 

Decimos “fatiga mecánica provocada por cambios térmicos”, porque en realidad está generada por variaciones dimensionales sistemáticas de las estructuras constituyentes de los materiales, tanto de naturaleza inorgánica como orgánica, como mixta, (coexistencia de materiales con coeficientes de dilatación homogéneos), o complejos (como en el caso de elementos constituidos por materiales cuyos coeficientes de dilatación son claramente diferenciados).

 

La magnitud de la fatiga térmica sobrevenida depende de muy diversos factores:

 

- Valor absoluto de la diferencia térmica comprendida entre la temperatura más baja y la más alta.

 

- Límite de temperatura bajo cero.

 

- Límite de temperatura sobre cero.

 

- Velocidad de cambio térmico en ascenso y en descenso (gradientes térmicos de calentamiento y enfriamiento).

 

- Tiempo de permanencia en cada nivel térmico.

 

- Numero de ciclos repetitivos.

 

- Esfuerzos dinámicos adicionales en condiciones de uso.

 

- Composición y naturaleza de los especímenes:

 

Materiales simples o compuestos, su masa relativa, conductividad térmica, coeficientes de dilatación lineal, punto de reblandecimiento vicat, punto de fusión, punto de congelación, límite elástico, grados de dureza, resistencia al desgaste, resistencia al impacto en frió y en caliente, límite de rotura y deformación a tracción, compresión, flexión, torsión, etc., etc.

 

- Sistemas y mecanismos formados por materiales de respuesta térmica diferenciada.

 

- Entre otros.

 

Como resumen, y sin entrar en mayores tecnicismos, podríamos decir que el efecto repetitivo de la deformación de la variación dimensional de los materiales, por acción de contracciones y dilataciones sistemáticas, es la que provoca la fatiga estructural de los mismos, con la consecuencia de una disminución de la resistencia a las condiciones de uso.

 

Lo mismo es aplicable a mecanismos complejos, automatismos y sistemas en general, con la agravante de que en estos casos las consecuencias son de efecto multiplicativo.

 

Del conocimiento exhaustivo del comportamiento de los productos, dependerá la determinación de la fiabilidad de los mismos y de su vida útil.

 

Para llevar a cabo los ensayos de fatiga térmica a escala de laboratorio, se emplean las cámaras y los bancos de ensayos.

 

Tipos de cámaras de ensayos de simulación:

 

De un solo recinto. En el cual se programan los gradientes de enfriamiento y calentamiento, los límites mínimos y máximos frío/calor, y el número de ciclos repetitivos a realizar.

 

De dos recintos. En cuyo caso las muestras pasan de las altas a bajas temperaturas, y viceversa, de forma instantánea.

 

De tres recintos. Idéntica a la cámara de dos recintos, pero con un recinto adicional intermedio de tránsito a temperatura ambiental; caso típico de la exigencia de norma MIL STD 810-D.

 

Estas cámaras pueden ser combinadas con esfuerzos mecánicos, en cuyo caso se denominan bancos de ensayos termodinámicos.

 

Los bancos de ensayos termodinámicos están formados por las cámaras anteriormente descritas, a las cuales se les adicionan sistemas dinámicos para la realización de esfuerzos mecánicos de tracción, compresión, flexión, torsión, etc., en condiciones aceleradas de uso.

 

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