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Las cámaras de alto gradiente térmico, o cámaras de stress screening,
son equipos de laboratorio capaces de generar cambios de temperatura muy
rápidos, tanto en calentamiento como en enfriamiento hasta 100ºC/min. El
cometido de estas cámaras es, por ejemplo, el simular las condiciones
reales que se producen en el despegue de las naves espaciales, con el
fin de investigar la fiabilidad de los sistemas bajo dichas condiciones
cambiantes adversas.
Cuando se trata de estudiar las consecuencias del stress térmico,
entonces lo que se realizan son ciclos repetitivos con cambios muy
bruscos, normalmente de hasta casi 400ºC en tres segundos.
Definimos como stress térmico, o fatiga térmica, al sufrimiento
estructural, o fatiga mecánica, provocada por los cambios bruscos de
temperatura repetitivos a los que se ven sometidos los materiales, los
mecanismos y los sistemas en general, cuando están sometidos a las
condiciones de servicio.
Decimos “fatiga mecánica provocada por cambios térmicos”, porque en
realidad está generada por variaciones dimensionales sistemáticas de las
estructuras constituyentes de los materiales, tanto inorgánicas como
orgánicas, metalográficas, macromoleculares, etc., así como también de
cualesquiera mecanismos, sean simples (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.
Cámaras de ensayos:
Pueden ser de un solo recinto, en el cual se programan los gradientes de
enfriamiento y calentamiento, los límites mínimo y máximo frío/calor, y
el número de ciclos repetitivos, y de dos recintos, en cuyo caso las
muestras pasan de las altas a bajas temperaturas, y viceversa, de forma
instantánea.
En la imagen se ofrece una cámara de choque térmico súbito de tres
compartimentos, según MIL STD 810-D con cámara intermedia ambiental.
Bancos de ensayos:
Los bancos de ensayos están formados por las cámaras anteriormente
descritas, a las cuales se les adicionan sistemas dinámicos para la
realización de esfuerzos mecánicos en condiciones aceleradas de uso.
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