Biorreactores Resistencia a la fatiga y limite de resistencia

El ensayo ala tensión y el ensayo ala torsión aplican ambos lentamente a la probeta cargas y solo una vez. Se trata de pruebas estáticas y miden resistencias estáticas. Aun-que algunas piezas de maquinaria pudieran estar sujetas durante toda su vida a cargas estáticas únicamente, la mayor parte sufrirán cargas y esfuerzos variando con el tiempo. Los materiales se comportan de manera muy distinta en respuesta a cargas que vienen y van (llamadas cargas de fatiga) que en respuesta a cargas que se mantienen estáticas.

La mayor parte del diseño de maquinas trata del diseño de piezas para cargas que varían con el tiempo, por lo que es necesario que conozcamos la resistencia a la fatiga de los materiales bajo estas condiciones de carga.

Una prueba para la resistencia ala fatiga es la prueba de la viga giratoria de R. R. Moore, en la cual una probeta de prueba similar se carga como viga a la flexión al tiempo que se hace girar mediante un motor. Recuerde, de su primer curso de resistencia de materiales, que una carga a la flexión causa tensión de un lado de una viga y compresión del otro.

La rotación de la viga hace que durante cada ciclo todos los puntos de la superficie pasen de compresión a tensión y de tensión a compresión, con ello se crea una curva carga.

Este se conoce como diagrama vida resistencia de Wohler, es decir un diagrama S-N. Exhibe la resistencia ala ruptura de un material particular, a diversos números de ciclos repetidos de un esfuerzo totalmente alternante.

Observe en la siguiente figura que la resistencia a la fatiga Sƒ en un ciclo es igual a la resistencia estática a la tracción Sut y que se va reduciendo de manera uniforme con números crecientes de ciclos N (en un trazo log log) hasta que a unos 10^ó ciclos se llega a una meseta (nivel). Esta meseta de resistencia ala fatiga solo la tienen ciertos me-tales (los aceros y algunas aleaciones de titanio) y se conoce como limite de tolerancia a la fatiga Se. En otros materiales, mas allá de este punto, la resistencia a la fatiga sigue reduciéndose. Aunque hay una variación considerable de un material a otro, su resistencia a la fatiga bruta, es decir sin corregir, a unos N =10^ó ciclos, tiende a ser no superior a aproximadamente 40-50% de su resistencia a la tensión estática Sut Se trata de una reducción de importancia y, como aprenderemos en el capitulo ó, serán necesarias reducciones adicionales en la resistencia a la fatiga de los materiales debido a otros factores, como por ejemplo su terminado superficial y el tipo de carga.

Es importante, llegado a este punto, recordar que la prueba esfuerzo-deformación a la tensión no nos dice toda la historia y que las propiedades de resistencia estática de un material rara vez son adecuadas por sf mismas para predecir la falla en una aplicación de diseño de maquina. Este tema de resistencia a la fatiga y limite de tolerancia a la fatiga es tan importante y fundamental al diseño de maquinas que dedicaremos el capitulo ó exclusivamente a un estudio de fallas por fatiga. La prueba de la viga en rotación ahora viene siendo reemplazada por pruebas de tensión axial que se llevan a cabo en modernas maquinas de prueba, que pueden aplicar cargas a una probeta de prueba axial, que varían con el tiempo de cualquier carácter deseado. Este método proporciona mas flexibilidad ala prueba, así como información mas precisa por causa de la uniforme distribución de los esfuerzos en la probeta a la tensión. Para los mismos materiales los resultados son consistentes con (pero con valores ligeramente inferiores a) los datos históricos de pruebas de vigas en rotación.