Ensayo dinámico de materiales: ¿Qué tipo accionamiento se adapta mejor a mis necesidades?
Ya se trate de un tornillo, una prótesis articular de cadera o de componentes de vehículo: todos ellos deben soportar cargas dinámicas a lo largo de toda su vida útil. La cuestión clave aquí es: ¿Cuánto tiempo puede soportar las cargas un material antes de su fallo? Aquí es justo donde entran en juego los ensayos dinámicos de fatiga. Pero no todas las máquinas de ensayos son iguales: hay diferencias importantes, sobre todo en el sistema de accionamiento, que no sólo repercuten en los resultados de los ensayos, sino también en los costes operativos y el mantenimiento.
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Servohidráulica: El clásico para las máximas exigencias
Las máquinas de ensayos servohidráulicas se consideran el estándar cuando se trata de fuerzas máximas, alta flexibilidad y tareas de ensayo versátiles. Funcionan con cilindros hidráulicos, controlados mediante servoválvulas de alta precisión. Especialmente en los ensayos de fatiga de bajo ciclo (Low-Cycle-Fatigue, LCF), los ensayos de mecánica de la fractura o las aplicaciones altamente dinámicas como los ensayos de tracción a alta velocidad y de perforación (p. ej., según ISO 6603-2 o ASTM D3763), la hidráulica suele ser la única opción viable.
Sin embargo, este alto rendimiento tiene su precio: El suministro continuo de presión de los grupos hidráulicos implica un elevado consumo energético. Las tareas de mantenimiento también son considerables, debido a los cambios regulares de aceite y filtros, así como a la sustitución periódica de las mangueras. Tampoco debe subestimarse el nivel de ruido. A cambio, las máquinas servohidráulicas ofrecen, con un mantenimiento adecuado, resultados constantes durante muchos años incluso con fuerzas superiores a 2.000 kN.
Sistemas de resonancia: Eficiencia energética y alta frecuencia
Cuando se trata de resistencia a la fatiga y ensayos de alto número de ciclos (High-Cycle-Fatigue, HCF), las máquinas de ensayos por resonancia, como el pulsador de alta frecuencia Vibrophore, representan una alternativa muy interesante. A diferencia de la servohidráulica, aquí se excita la frecuencia natural de la probeta mediante un sistema mecánico. De este modo, se genera la vibración deseada con un consumo mínimo de energía. De hecho, el consumo eléctrico en los sistemas de resonancia es de apenas un 2 % en comparación con las máquinas hidráulicas. Además, requiere un bajo mantenimiento: sin hidráulica, sin refrigeración, sin válvulas móviles – y todo ello con fuerzas de hasta 1.000 kN.
Desde el punto de vista normativo, las máquinas de resonancia son ideales para ensayos Wöhler según DIN 50100, mecánica de la fractura según ASTM E399 o ISO 12106. En combinación con el bloqueo mecánico, incluso pueden cubrir ensayos estáticos. Por lo tanto, quien deba ensayar habitualmente grandes cantidades bajo una carga constante, encontrará en el Vibrophore una solución mucho más rentable a largo plazo.
Electrodinámica con motor lineal: tecnología silenciosa, precisa, sin aceite
En entornos sensibles –como en la tecnología médica o la industria electrónica– el nivel de ruido y la ausencia de aceite son criterios fundamentales. Aquí es donde las máquinas de ensayos electrodinámicas con motor lineal (p. ej., la serie LTM de ZwickRoell) despliegan todo su potencial. Son silenciosas (LTM 1/2/3 aprox. 46 dB(A) a 1 m de distancia), no necesitan suministro de fluidos y son de bajo mantenimiento. Al mismo tiempo, permiten un control muy preciso incluso con fuerzas menores de hasta 10 kN y frecuencias superiores a 100 Hz.
Son especialmente relevantes desde el punto de vista normativo en los ensayos de implantes según ISO 14801, ASTM F1717 o ISO 7206, es decir, para productos que deben ensayarse tanto dinámicamente como de forma estática. También en materiales innovadores como biocompuestos o uniones plásticas destacan las ventajas de la rápida y precisa respuesta de la tecnología de motor lineal.
Actuador electromecánico: el término medio
Entre la hidráulica de alto rendimiento y el motor eléctrico de alta precisión, ZwickRoell también ofrece actuadores de ensayo electromecánicos: un sistema que combina flexibilidad y eficiencia energética. Estos sistemas resultan especialmente interesantes cuando se requieren fuerzas medias (1 a 100 kN), por ejemplo, para el ensayo de espumas para asientos o composites. Los sistemas electromecánicos pueden integrarse de forma modular, no requieren suministro de medios y sólo conllevan unos costes de mantenimiento mínimos.
No olvidemos la torsión
No toda carga es lineal. Se utilizan sistemas de torsión, especialmente en el caso de implantes o componentes sometidos a esfuerzos de giro. En este caso, ZwickRoell también soluciones tanto hidráulicas como electrodinámicas. Los sistemas de torsión LTM son ideales para pares de torsión reducidos (p. ej., 10–100 Nm), mientras que los servohidráulicos alcanzan hasta 2.500 Nm, dependiendo de la aplicación y los requisitos normativos.
Una comparación directa
Para hacer más fácil la elección, presentamos un resumen comparativo de las propiedades más importantes:
 Sistema por resonancia (Vibrophore) |
| |||
|---|---|---|---|---|
| Rango de fuerza/Frecuencia | 10 a 2.500 kN hasta 100 Hz | máx. 1.000 kN hasta 285 Hz | 1 a10 kN hasta 100 (120)Hz | 1 a 100 kN aprox. 1 Hz |
| Torsión | máx. 2.500 Nm | ./. | máx. 100 Nm | ./. |
| Carrera | hasta 400 mm | hasta 6 mm | hasta 60 mm | hasta 400 mm |
| Normas comunes | ISO 12106, ASTM E606 | DIN 50100, ASTM E466 | ISO 14801, ASTM F1717 | uso muy versátil |
| Aplicaciones | LCF, fractura, ensayos rápidos | HCF, resistencia a la durabilidad | componentes, láminas, implantes | composites, espuma |
| Costes operativos | elevados (aceite, mantenimiento, energía) | muy reducidos | reducido | reducido |
La solución perfecta: el software de ensayo testXpert R
Los ámbitos de aplicación típicos del software de ensayo testXpert R son los ensayos de fatiga y la determinación de las características dinámicas de los materiales. Para muchas aplicaciones como la Mecánica de la fractura, la fatiga LCF, el ensayo de tornillos o la Biomecánica existen programas estándar, pero también tenemos programas de ensayo de fatiga simples y un editor gráfico de bloques para la definición personalizada del ensayo.
Conclusión
La elección del accionamiento adecuado va más allá de una decisión técnica: influye en los costes de operativos, la precisión de los ensayos, la eficiencia energética y, en última instancia, en la competitividad. Si se quieren realizar ensayos económicos y sostenibles, es recomendable un análisis fundamentado de la tecnología de accionamiento. ZwickRoell ofrece la solución adecuada para cada necesidad: desde el sistema de alto rendimiento hasta el motor lineal silencioso.
