Extensómetros

Se debe utilizar un extensómetro siempre que se requiera una medición precisa de la deformación que no pueda deducirse de forma fiable únicamente a partir del desplazamiento de la cruceta. El desplazamiento de la cruceta incluye contribuciones de la conformidad de la máquina, el asentamiento de las mordazas y la deflexión de la línea de carga, todo lo cual puede sobreestimar significativamente la deformación real de la probeta, especialmente en materiales rígidos o con valores de deformación bajos. Los extensómetros son esenciales para determinar el módulo de elasticidad, el límite elástico y otras propiedades dependientes de la deformación, y son requeridos por la mayoría de las normas de ensayo de materiales, incluidas ISO 6892-1, ASTM E8/E8M e ISO 527. Como regla general, si el resultado de su ensayo depende de una curva de tensión-deformación precisa, debe utilizarse un extensómetro.

La longitud de referencia es la distancia de referencia definida entre los dos puntos de contacto de un extensómetro en una probeta sin deformar. La deformación se calcula como el cambio en esa longitud dividido por la longitud de referencia original. Muchas normas de ensayo especifican una longitud de referencia requerida en relación con las dimensiones de la probeta; por ejemplo, la ISO 6892-1 suele utilizar una longitud de referencia proporcional de 5,65√S₀. Seleccionar la longitud de referencia correcta para su probeta y norma es esencial para producir resultados conformes y comparables.

La decisión de retirar un extensómetro antes de la rotura depende del material y de cómo falle. En el caso de materiales dúctiles con un fallo gradual, el extensómetro puede permanecer generalmente hasta la rotura. En el caso de materiales frágiles o de alta resistencia que fallan de forma explosiva, la energía liberada en la rotura puede dañar el dispositivo; en estos casos se recomienda retirarlo antes del fallo. Con los extensómetros de clip estándar, esto suele requerir pausar el ensayo para retirar el dispositivo manualmente antes de continuar. El AutoX750 y el AutoXBiax pueden configurarse para retraerse automáticamente en un umbral definido, eliminando la necesidad de interrumpir el ensayo, y los extensómetros de vídeo no requieren retirada, ya que no mantienen contacto físico con la probeta.

El caucho y los elastómeros experimentan deformaciones muy grandes (a menudo del 500 al 1000 %), lo que descarta la mayoría de los extensómetros de clip estándar debido a su limitado rango de recorrido. Para estos materiales, un extensómetro de vídeo es una opción popular, ya que rastrea ópticamente dos puntos aplicados a la superficie de la probeta sin contacto físico, sin influencia en el comportamiento del material y sin riesgo de daños en el sensor hasta la rotura. El extensómetro XL de gran recorrido de Instron también es una opción viable, ya que ofrece hasta 750 mm de recorrido mecánico, aunque es una solución más sencilla en comparación con la flexibilidad y el rango de medición que proporciona un extensómetro de vídeo. Ambos enfoques son coherentes con los requisitos de ISO 37 y ASTM D412 para los ensayos de tracción de caucho vulcanizado y elastómeros.

Los extensómetros se calibran y clasifican según la norma ISO 9513 (internacionalmente) o ASTM E83 (EE. UU.), que definen las clases de precisión (como Clase 0,5, Clase 1 y Clase 2) especificando los errores admisibles en todo el rango de medición. La clase requerida para su ensayo suele estar especificada por la norma de ensayo de materiales correspondiente. Por ejemplo, la ISO 6892-1 requiere la Clase 1 o superior para la mayoría de las aplicaciones. Los extensómetros de Instron se suministran con certificados de calibración trazables a las normas nacionales, con servicios de recalibración disponibles para mantener el cumplimiento continuo.

Un extensómetro axial mide la deformación a lo largo del eje de carga, la dirección principal de deformación en un ensayo de tracción o compresión. Un extensómetro transversal mide la deformación perpendicular al eje de carga, capturando la reducción de la anchura o el diámetro a medida que se estira la probeta. Utilizadas conjuntamente, las mediciones axiales y transversales permiten calcular el coeficiente de Poisson, la relación entre la deformación lateral y la axial. Instron ofrece varias formas de capturar ambas simultáneamente en un solo ensayo: extensómetros de clip transversales específicos emparejados con un dispositivo axial, configuraciones de clip biaxiales y de promedio, el extensómetro de contacto automático AutoXBiax y el extensómetro de vídeo AVE3, que puede medir la deformación axial y transversal ópticamente sin ningún contacto físico con la probeta.

Un extensómetro de contacto automático se acopla y desacopla de la probeta automáticamente bajo el control del software, eliminando la manipulación manual entre ensayos. Es la opción ideal para entornos de ensayos de producción de alto rendimiento y células de ensayo automatizadas donde las prioridades son minimizar el tiempo de ciclo, reducir la variabilidad del operario y mantener un posicionamiento constante de la longitud de referencia. Los modelos AutoX750 y AutoXBiax de Instron son compatibles con una amplia gama de sistemas de ensayos universales e hidráulicos estáticos y se integran totalmente con el software Bluehill para un control de ensayos sin fisuras.

Depende del tipo de extensómetro. Los extensómetros de clip suelen estar fijados a una longitud de referencia específica; los laboratorios que realizan ensayos con varias normas o geometrías de probeta necesitarán generalmente dispositivos independientes para cada longitud de referencia. Los extensómetros de vídeo son la opción más flexible, capaces de medir en una amplia gama de longitudes de referencia, elongaciones y tipos de materiales sin ningún cambio de hardware; el dispositivo rastrea ópticamente dos puntos aplicados directamente a la superficie de la probeta, por lo que la longitud de referencia se determina simplemente mediante la colocación de los puntos. El AutoX750 admite el posicionamiento automático de la longitud de referencia dentro de su rango de recorrido, lo que lo hace muy adecuado para laboratorios que ensayan una variedad de dimensiones de probeta sin necesidad de realizar ajustes manuales entre ensayos.

Ambos dispositivos miden la deformación, pero funcionan de formas fundamentalmente distintas. Una galga extensométrica es un pequeño elemento resistivo adherido directamente a la superficie de la probeta; a medida que el material se deforma, la galga se deforma con él, cambiando su resistencia eléctrica en proporción a la deformación. Su correcta instalación requiere un técnico cualificado: la preparación de la superficie, la aplicación precisa del adhesivo y el cableado correcto son fundamentales para obtener datos fiables. Un extensómetro es un instrumento independiente que mide el cambio de distancia entre dos puntos definidos de la probeta, ya sea mediante contacto mecánico o seguimiento óptico.

Las galgas extensométricas son adecuadas para medir la deformación en un punto específico de una estructura o geometría compleja. Los extensómetros, sin embargo, son la opción estándar para el ensayo de materiales donde se requiere una longitud de referencia definida, una configuración sencilla entre ensayos y el cumplimiento de normas de ensayo como ISO 9513 y ASTM E83, sin el tiempo de preparación ni la experiencia especializada que exigen las galgas extensométricas.

Las fuentes más comunes de error en los extensómetros incluyen el ajuste incorrecto de la longitud de referencia, la colocación inconsistente de las cuchillas en la probeta y el deslizamiento de los puntos de contacto durante el ensayo, todo lo cual introduce variabilidad en las mediciones de deformación. En el caso de los extensómetros de clip, una fuerza de sujeción insuficiente o excesiva puede hacer que el dispositivo resbale o influya en el comportamiento de la probeta. Una desalineación entre el extensómetro y el eje de carga puede introducir errores de flexión, especialmente en los ensayos de compresión; los extensómetros de promedio están diseñados específicamente para compensar esto. Las condiciones ambientales, especialmente la fluctuación de la temperatura y el flujo de aire en las proximidades de la probeta, pueden afectar a la estabilidad de la imagen e introducir errores en las mediciones de los extensómetros de vídeo. El extensómetro de vídeo AVE3 de Instron incorpora tecnología integrada de iluminación y gestión del flujo de aire diseñada para reducir el impacto de estas variables en la precisión de la medición. La calibración periódica según ISO 9513 o ASTM E83 es la forma más eficaz de identificar y corregir errores sistemáticos.

Los extensómetros miden la deformación nominal (o de ingeniería): el cambio en la longitud de referencia dividido por la longitud de referencia original. La deformación nominal es el resultado estándar requerido por la mayoría de las normas de ensayo de materiales, incluidas ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M, y es suficiente para la mayoría de las aplicaciones de ensayo de materiales donde las deformaciones son relativamente pequeñas. La deformación real, que tiene en cuenta la longitud de referencia que cambia continuamente a medida que la probeta se deforma, puede calcularse a partir de los valores de deformación nominal en el postprocesamiento si es necesario. Para ensayos de grandes deformaciones (como elastómeros o metales muy dúctiles), la diferencia entre la deformación nominal y la real se vuelve más significativa y debe tenerse en cuenta al interpretar los resultados.