Los diferentes tipos de máquinas de pruebas universales

Además de las pruebas climáticas que habitualmente realizamos, muchos materiales deben someterse a pruebas mecánicas para verificar su resistencia antes de ser comercializados.

Los instrumentos de laboratorio que realizan este tipo de pruebas se denominan máquinas de ensayo universales , y existen varios tipos.

En el siguiente artículo veremos qué tipos de máquinas de ensayo universales, qué tipo de ensayos realizan y por qué no pueden prescindir de las cámaras climáticas.

¿Qué es la Máquina Universal de Ensayos?

Una máquina de ensayo universal es un instrumento de laboratorio capaz de aplicar fuerzas de diversos tipos y magnitudes a los materiales. Se denomina máquina universal debido a su amplia gama de usos posibles, pero antiguamente se la conocía simplemente como "máquina de tracción" o "dinamómetro".

Como veremos, la estructura de estas máquinas puede variar, pero generalmente constan de un bastidor compuesto por una o dos columnas de soporte. En el centro del bastidor se encuentra la viga transversal móvil con una célula de carga acoplada que aplica una fuerza controlada a la muestra que se está probando.

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Cómo distinguir los diferentes tipos de máquinas de pruebas universales

Existen tres parámetros para clasificar los diferentes tipos de máquinas de ensayo universales: principio de funcionamiento, características constructivas e intensidad de la fuerza que pueden generar.

Las máquinas de pruebas universales pueden tener tres principios de funcionamiento:

• Hidráulico
• Electromagnético
• Neumático

Los más comunes son los hidráulicos, mientras que los neumáticos son los más raros.

En cuanto a sus características constructivas, las máquinas universales varían considerablemente según el modelo, y resulta imposible resumir exhaustivamente todas las versiones disponibles en el mercado. Una de las diferencias fundamentales, como ya se mencionó, radica en la estructura de bastidor de una o dos columnas. Las máquinas universales de una sola columna son menos comunes y su uso es más limitado. 

Finalmente, las máquinas de ensayo universales se distinguen por la intensidad de la fuerza que pueden desarrollar, la cual puede variar desde unos pocos cientos de N hasta 1000 kN o más.

Pruebas de máquinas de prueba universales

Los materiales que pasan por la máquina de pruebas universal deben someterse a dos categorías principales de pruebas: la prueba de resistencia a la compresión y la prueba de resistencia máxima a la tracción.

El ensayo de resistencia a la compresión se realiza generalmente en condiciones uniaxiales y verifica la resistencia de los materiales a cargas que tienden a deformarlos y reducir su extensión, o a comprimirlos. 

Se utiliza principalmente en hormigón y está regulado por esta norma internacional.

La prueba de carga de rotura, por otra parte, identifica el límite, en términos de fuerza o tensión externa aplicada, más allá del cual un material se vuelve definitivamente inutilizable desde el punto de vista de la resistencia.

Se divide además en 5 pruebas distintas, dependiendo del tipo de fuerza aplicada:

• Carga de rotura por tracción
• Carga de rotura por compresión
• Carga de rotura en flexión recta
• Carga de rotura por torsión
• Carga de rotura por esfuerzo cortante

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La cámara ambiental FDM para pruebas de acondicionamiento en la máquina universal

Algunas pruebas de carga de rotura y compresión se denominan "de acondicionamiento" porque someten el material a ciertas condiciones ambientales.

Estas pruebas deben realizarse colocando la máquina de ensayos universal dentro de un entorno donde sea posible controlar los parámetros de humedad y temperatura, es decir, una cámara climática.

La cámara ambiental FDM es el instrumento ideal para realizar este tipo de pruebas combinadas y se puede fabricar en varios tamaños para adaptarse a todas las necesidades del cliente.

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Normas de referencia

• ISO 7500-1 — Materiales metálicos – Calibración y verificación de máquinas de ensayo uniaxial estático – Parte 1: Máquinas de ensayo de tracción/compresión – Calibración y verificación del sistema de medición de fuerza.
• ASTM E4 — Prácticas estándar para la verificación de fuerza de máquinas de ensayo. Equivalente estadounidense de la norma ISO 7500-1 para la calibración de máquinas de ensayo universales.
• ISO 9513 — Materiales metálicos – Calibración de sistemas de extensómetros utilizados en ensayos uniaxiales.
• ASTM E83 — Práctica estándar para la verificación y clasificación de sistemas de extensómetros.
• ISO 6892-1 — Materiales metálicos – Ensayo de tracción – Parte 1: Método de ensayo a temperatura ambiente.
• ISO 6892-2 — Ensayo de tracción a temperatura elevada (aplicable a ensayos en cámara térmica).
• ASTM E8/E8M — Métodos de ensayo estándar para ensayos de tracción de materiales metálicos.

Fuentes autorizadas

• ISO – Organización Internacional de Normalización. Mantiene las series ISO 7500 e ISO 6892 para máquinas de ensayo universales.
• ASTM International. Normas de referencia norteamericanas ASTM E4, E83, E8.
• INRIM – Instituto Nacional de Investigación Metrológica. Instituto italiano para la trazabilidad de escalas de fuerza (masa y edad de aceleración gravitacional).
• ACCREDIA. Organismo italiano de acreditación para laboratorios de calibración de células de carga y galgas extensométricas.

Preguntas frecuentes sobre la máquina de ensayos universales

¿Qué clases de precisión proporciona la norma ISO 7500-1?

La norma ISO 7500-1 clasifica la máquina en función del error relativo de la célula de carga. Clase 0.5: error relativo ≤ 0.5% del valor indicado, requerido para pruebas de caracterización de materiales (I+D, cualificación de lotes aeroespaciales). Clase 1: error ≤ 1%, estándar industrial para pruebas mecánicas ISO 6892 y ASTM E8. Clase 2: error ≤ 2%, aplicaciones de control de calidad menos críticas. Clase 3: error ≤ 3%, solo pruebas comparativas. La calibración se realiza con juegos de pesas de muestra OIML R111 de Clase E2/F1 o con transductores de fuerza de referencia con una incertidumbre de ≤ 0.1%. Normalmente, la verificación se realiza al 20%, 40%, 60%, 80% y 100% de la escala completa con al menos 5 puntos de subida y bajada para detectar histéresis. Frecuencia recomendada: anualmente o cada 10⁴-10⁵ ciclos de carga.

¿Cómo se realiza un ensayo de tracción según la norma ISO 6892-1?

La norma ISO 6892-1 define los métodos A y B para el ensayo de tracción uniaxial a temperatura ambiente (10-35 °C) de probetas metálicas. Método A (velocidad de deformación en bucle cerrado): control activo de la velocidad de deformación, 0,00025/s o 0,0067/s según acuerdo; requiere un extensómetro ISO 9513 Clase 1 (error ≤ 1%). Método B (velocidad del cabezal): control de la velocidad del cabezal, 5-30 mm/min para el comportamiento elástico, acelerando después del límite elástico. Mediciones principales: Rp0.2 (límite elástico al 0,2% de desplazamiento), Rm (resistencia a la tracción máxima), A (alargamiento a la rotura), Z (área de estricción). La probeta estándar es de tipo 3 con diámetro d₀ = 10 mm y longitud calibrada L₀ = 5d₀ = 50 mm según la norma ISO 6892 (formato proporcional). La adquisición requiere una frecuencia ≥ 10 Hz, una precisión F ± 1% y ε ± 1% según las clases.

¿Cuándo es necesario integrar una cámara climática en una máquina universal?

La cámara climática integrada es necesaria para ensayos a temperaturas distintas a la ambiente según ISO 6892-2 (alta temperatura, > 35 °C), ASTM E21 o ASTM E606 (fatiga). Rangos típicos: -70 a +350 °C para metales estructurales, -80 a +200 °C para polímeros, -196 °C (nitrógeno líquido) para aceros criogénicos aeroespaciales. La integración requiere: (1) extensómetro de alta temperatura (galga extensométrica tipo KM para < 350 °C, extensómetro LVDT para aplicaciones criogénicas) con ISO 9513 clase 1; (2) mordazas de superaleación para > 300 °C; (3) ventanas ópticas para videoextensómetro sin contacto (sistema DIC). El tiempo de equilibrio

¿Cómo calibrar una célula de carga y un extensómetro?

La celda de carga se calibra según ISO 376 con un dinamómetro de referencia de Clase 00, 0.5 o 1 (incertidumbre 0.03%, 0.1%, 0.3%) aplicado a la cadena mecánica. Procedimiento: 3 ciclos de precarga al 100% FS, luego 3 series de mediciones con el dinamómetro girado 120° para compensar los efectos de desalineación. Incertidumbre combinada típica ≤ 0.5% para una celda de Clase 1. Elextensómetro se calibra según ISO 9513 con un comparador de desplazamiento certificado (micrómetro láser o interferómetro) en el rango útil, verificado al 20%, 40%, 60%, 80%, 100% con escaneo hacia adelante y hacia atrás. La trazabilidad se remonta a las Unidades SI a través de ACCREDIA/INRIM. La documentación del certificado de calibración debe incluir: incertidumbre, tablas de corrección, condiciones ambientales (20 ± 2 °C, 50 ± 10 % RH), período de validez, generalmente 12 meses.