Alargamiento en materiales: definición, cálculo e importancia en ingeniería

El alargamiento es la tendencia medible de un material a estirarse bajo tensión. Los ingenieros utilizan un procedimiento de prueba estandarizado y una muestra con forma de mancuerna para evaluar el comportamiento característico de alargamiento de un material dado. El alargamiento de la muestra se expresa como porcentaje: su aumento de longitud se divide por la longitud original y se multiplica por 100 para calcular este valor.

El alargamiento es importante porque mide la ductilidad de un material —su capacidad para deformarse sin romperse. Es una medida clave en materiales imprimibles en 3D, ya que es relevante para la durabilidad práctica de componentes impresos en 3D en aplicaciones reales. Este artículo define el alargamiento, su importancia y cómo calcularlo.

¿Qué significa alargamiento?

El alargamiento es la cantidad que un material alarga permanentemente al experimentar una fuerza de tracción (deformación). Es una medida numérica de la ductilidad del material —qué tan fácilmente se deforma bajo tensión. Se mide según condiciones controladas muy específicas para que los valores de alargamiento puedan compararse cuantitativamente entre materiales.

El alargamiento se mide específicamente usando una forma estandarizada de muestra de material, que luego es sometida a una fuerza de tracción conocida. Se mide el aumento de longitud de la muestra hasta que la fuerza es lo suficientemente grande como para romperla.

¿Qué es el alargamiento en la física de la deformación?

El alargamiento en términos de física de la deformación es una medida de cuánto se alarga un elemento cuando se somete a tensión. Se expresa como la relación entre la nueva longitud y su longitud original.

¿Qué es el alargamiento en astronomía?

El alargamiento en astronomía es una medida de la separación angular entre un cuerpo del sistema solar y el sol cuando se observa desde la Tierra. Describe la posición relativa de planetas y otros cuerpos celestes en el sistema solar, comparados con la Tierra y el sol.

¿Qué es el alargamiento en geometría?

El alargamiento en geometría se refiere al estiramiento de una forma geométrica a lo largo de uno o más ejes. Por ejemplo, en un plano 2D, si un cuadrado se alarga a lo largo de un eje, se convierte en un rectángulo. En un espacio 3D, si un cubo se alarga a lo largo de un solo eje, se convierte en un prisma rectangular. Este concepto es importante en transformaciones geométricas.

¿Qué es el alargamiento en física de plasmas?

El alargamiento en física de plasmas se refiere a la forma de un plasma de fusión. Una nube de plasma puede moldearse, y el alargamiento de una forma particular se define como la relación entre la longitud de la nube en su eje más largo y la longitud de su eje más corto. El alargamiento es un factor importante ya que nubes de plasma más alargadas tienden a ser menos estables y más difíciles de confinar.

¿Qué es el alargamiento en biología?

El alargamiento en biología es parte del proceso de traducción del ADN, donde se construyen proteínas a partir de ARN transcrito desde ADN. Más específicamente, el alargamiento es la segunda fase de la traducción, que ocurre entre la iniciación y la terminación del proceso. El alargamiento se refiere al alargamiento de la cadena de aminoácidos durante la traducción.

Cómo calcular el alargamiento de un material

El alargamiento de un material se calcula según normas internacionales de prueba. La norma más común para calcular el alargamiento es ASTM D412. Especifica la forma de la muestra de material a utilizar. La forma se llama mancuerna, ya que es aproximadamente alargada pero con extremos más anchos (para sujeción) y una tira más delgada en el medio, que se alargará al ser tirada.

La muestra de material es sujetada por una máquina de ensayo y se aplica una fuerza de tracción creciente de forma constante. La máquina mide cómo aumenta la longitud de la muestra con el aumento de la tensión. Estos datos se representan en un gráfico. El alargamiento se calcula como la cantidad que aumentó la longitud del material, dividida por su longitud original. Se expresa como porcentaje.

¿Cuál es la fórmula del alargamiento?

La fórmula del alargamiento es la deformación (aumento de longitud) de una muestra dividida por la longitud original de la muestra, multiplicada por 100 (para convertir a porcentaje).

Porcentaje de alargamiento = 100 x ((Longitud final - Longitud original) / Longitud original)

O escrita con símbolos:

Porcentaje de alargamiento = ε = (ΔL/L) x 100

¿Cuál es la unidad de alargamiento?

El alargamiento se reporta como porcentaje, por lo que técnicamente no tiene unidad. Esto es porque el alargamiento de un material es una relación entre el cambio de longitud del material al romperse y la longitud original de la muestra. La relación se convierte a porcentaje.

¿Cuál es el símbolo del alargamiento?

El símbolo del alargamiento es la letra griega minúscula ε (épsilon).

¿Cuál es la importancia del alargamiento?

Conocer el alargamiento es importante para entender cuánto se deformará un material bajo tensión. Puede usarse como medida de ductilidad. La deformación y ductilidad de un material son importantes para aplicaciones donde se espera cierta deformación, como en barreras de choque. Por el contrario, el alargamiento es un factor importante al diseñar piezas como bisagras de puertas que pueden aceptar muy poca deformación bajo tensión.

¿Qué es el alargamiento en impresión 3D?

El alargamiento en impresión 3D es la cantidad de deformación que un material impreso en 3D puede soportar antes de romperse. Es una indicación de qué tan duradero será un artículo impreso en 3D. La creciente popularidad de la impresión 3D ha subrayado la pobre resistencia mecánica de muchos materiales y tecnologías imprimibles (como FDM o resina).

¿Es el alargamiento una medida importante en materiales de impresión 3D?

Sí, el alargamiento es una consideración importante al elegir materiales de impresión 3D, ya que proporciona información sobre cuánto puede deformarse el material sin romperse. Las propiedades físicas de sus materiales constituyentes dictan la utilidad de los componentes impresos en 3D. Muchos artículos deben ser duraderos para ser prácticos en circunstancias reales.

¿Existe un dispositivo para medir el alargamiento de materiales?

Sí, existen dispositivos especialmente diseñados para medir el alargamiento de materiales según normas internacionales como ASTM D412. Estos sistemas de ensayo tienen varios componentes, cada uno destinado a ciertas pruebas de materiales.

En primer lugar, el dispositivo tiene mordazas que sujetan cada extremo de la muestra de material en forma de mancuerna. En segundo lugar, el sistema de ensayo usa un dispositivo de medición llamado extensómetro para medir el cambio en la longitud de la muestra a medida que se aplica tensión creciente. También es posible usar máquinas que incluyen cámaras ambientales. Al encerrar las mordazas, la muestra de material y el extensómetro, controlan las condiciones ambientales (como temperatura) para probar bajo condiciones muy específicas.

Varios proveedores especializados fabrican estos sistemas de ensayo para vender a cualquier organización que necesite realizar pruebas regulares según normas como ASTM D412.

¿Cuáles son los diferentes tipos de medición de alargamiento?

Los diferentes tipos de mediciones de alargamiento son los siguientes:

1. Ductilidad

La ductilidad es la capacidad de un material para deformarse sin romperse. Los materiales que no son dúctiles se llaman frágiles —se deforman muy poco antes de romperse. La ductilidad de un material puede inferirse mediante varias mediciones —la más común es el porcentaje de alargamiento, pero la reducción de área y pruebas de embutición también pueden ser importantes.

2. Alargamiento a rotura

El alargamiento a rotura es el alargamiento medido de una muestra de material en el punto en que se rompe. Se aplica tensión de tracción a la muestra, causándole alargarse. A medida que aumenta esta tensión, el estiramiento del material será primero elástico (puede revertir a su posición original cuando se libera la tensión) y luego plástico (deformación permanente). Si la tensión continúa aplicándose después de que ocurre el alargamiento plástico, el material eventualmente se romperá. La longitud en este punto es el alargamiento a rotura, a menudo expresado como porcentaje de alargamiento comparado con la longitud original.

¿Qué es el porcentaje de alargamiento?

El porcentaje de alargamiento es el porcentaje que un material se estira más allá de su longitud original antes de romperse. El alargamiento se mide como el cambio de longitud en una muestra de material, dividido por su longitud original, multiplicado por 100 para convertirlo a porcentaje.

Cómo calcular el porcentaje de alargamiento

El porcentaje de alargamiento se calcula usando datos de un sistema de ensayo. Primero, el material a probar se funde o mecaniza en una forma de mancuerna específica según la norma internacional ASTM D412.

Segundo, la mancuerna de material se sujeta en la máquina de ensayo y se aplica una fuerza de tracción. Un extensómetro mide el aumento de longitud dentro de la sección delgada de la mancuerna. Esta relación entre longitud y resistencia a la tracción puede representarse en un gráfico simple. La prueba termina cuando la mancuerna se rompe.

Finalmente, el porcentaje de alargamiento se calcula a partir de estos datos. El cambio en la longitud total dividido por la longitud inicial multiplicado por 100 da el porcentaje de alargamiento.