Ensayo de compresión explicado: definición, propósito, aplicaciones y metodología

El ensayo de compresión es una prueba mecánica ampliamente usada que proporciona información valiosa sobre el comportamiento de materiales cuando se someten a cargas compresivas. La prueba es esencial para seleccionar el material adecuado para diversas aplicaciones en industrias como aeroespacial, automotriz y construcción. Este artículo profundizará en la definición, propósito, aplicaciones y cómo funciona el ensayo de compresión, así como los pasos involucrados en realizar un ensayo de compresión.

¿Qué es un ensayo de compresión?

Un ensayo de compresión es una prueba mecánica usada para determinar el comportamiento de materiales cuando se someten a cargas compresivas. Los datos recogidos de los ensayos de compresión dan información útil sobre las propiedades mecánicas de diferentes materiales, que son invaluables para seleccionar el material correcto para diferentes aplicaciones, especialmente en las industrias de construcción e ingeniería.

¿Cómo funciona el ensayo de compresión?

En un ensayo de compresión, una muestra del material se coloca entre dos placas o mordazas de una máquina de ensayo. Esto puede ser en forma de máquina de ensayo universal, con una célula de carga midiendo la fuerza aplicada. Una fuerza compresiva se aplica a la muestra hasta que alcanza una deformación específica o hasta que fractura. Dispositivos adicionales como un deflectómetro o un extensómetro, pueden usarse para medir la deflexión o deformación compresiva de la muestra.

Ilustración de un ensayo de conjunto de compresión.

¿Cuál es el propósito del ensayo de compresión?

El objetivo del ensayo de compresión es determinar el comportamiento o respuesta de un material a una carga compresiva midiendo parámetros clave como deformación, tensión y deformación. El ensayo de compresión permite la determinación de la resistencia a la compresión de un material, capacidad máxima de carga, límite elástico, módulo elástico y límite elástico entre otras propiedades.

Una vez que se entienden estos diversos factores y los valores asociados con un material particular, es posible evaluar si el material es adecuado para una aplicación dada o si fallará bajo las tensiones dadas.

¿Cuándo se usan los ensayos de compresión?

Los ensayos de compresión se usan para demostrar cómo un material responderá a la compresión. Pueden usarse para evaluar el comportamiento de fluencia plástica y límites de fractura dúctil de un material. También determinan cómo un material responde a cargas de aplastamiento. Los ensayos de compresión son cruciales para evaluar las características elásticas y de fractura compresiva de materiales frágiles o de baja ductilidad.

El módulo de elasticidad, punto de fluencia compresivo, límite proporcional, resistencia a la compresión y resistencia máxima a la compresión pueden determinarse todos por experimentos de compresión. Estas características juegan un papel clave en determinar si un material es adecuado para una aplicación dada o fallará bajo un conjunto dado de tensiones.

¿Dónde se aplican los ensayos de compresión?

Hay varias industrias en las que se usan ensayos de compresión. Algunas de las principales industrias se enumeran a continuación:

1. Industria aeroespacial y automotriz

Los ensayos de compresión son una parte esencial de la industria aeroespacial y automotriz. Se usan para medir la resistencia a la compresión de materiales usados en componentes de motor, componentes estructurales y otras piezas críticas. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, los ensayos de compresión se usan para probar la resistencia de materiales usados en la fabricación de alas de aviones, fuselajes y partes de motor. En la industria automotriz, los ensayos de compresión se usan para probar la resistencia de materiales usados en la fabricación de bloques de motor, cigüeñales, muelles y otros componentes.

2. Industria de la construcción

En la industria de la construcción, los ensayos de compresión se usan para determinar la resistencia a la compresión de hormigón, cemento y otros materiales de construcción. Estas pruebas son críticas para asegurar que los materiales de construcción cumplan los estándares de resistencia requeridos y puedan soportar el peso y presión de la estructura. El ensayo de compresión también se usa para medir el rendimiento compresivo de paneles de techo, tableros aislantes y materiales en lámina para construcción y para realizar ensayos de indentación para paneles de yeso, tuberías y hormigón proyectado.

3. Industria cosmética

Los ensayos de compresión son una parte importante de la industria cosmética, y se usan de las siguientes maneras:

• Sprays y bombas dosificadoras se prueban para fuerza de actuador.
• Pruebas de resistencia a la rotura de barra de labios, bálsamo labial y delineador de ojos.
• Resistencia de sombras de ojos y compactos de polvo al compactarse.
• Medir la fuerza requerida para dispensar cremas y lociones de frascos y sobres.

4. Industria eléctrica y electrónica

En la industria eléctrica y electrónica, los ensayos de compresión se usan para probar la resistencia a la compresión de aisladores, conectores, pantallas LCD, teclados y otros componentes. Estas pruebas son críticas para asegurar que los componentes puedan soportar la presión y peso de otros componentes y dispositivos sin romperse o degradarse con el tiempo.

5. Industria de dispositivos médicos

La industria médica es otra que tiene muchos usos para el ensayo de compresión. Algunos de estos incluyen:

• El ensayo de flexión a tres puntos para agujas.
• Pruebas de fuerza de actuador de inhaladores dosificados e inyectores tipo pluma.
• Pruebas de afilado, inserción y fuerza de penetración de bisturíes y agujas.
• Actuación del émbolo de jeringa y evaluación de fuerza de "recorrido".

6. Industria del embalaje

En la industria del embalaje, los ensayos de compresión se usan para probar la resistencia a la compresión de cartón, cartulina y otros materiales de embalaje. Estas pruebas son críticas para asegurar que el embalaje pueda soportar el peso y presión de los productos dentro sin romperse o rasgarse.

7. Industria del papel y cartón

Los ensayos de compresión se realizan en la industria del papel y cartón para probar la resistencia a la compresión del cartón.

8. Industria de plásticos, caucho y elastómeros

El ensayo de compresión en la industria del caucho, plástico y elastómero incluye principalmente la identificación de las características compresivas de un polímero bajo carga.

9. Industria de seguridad, salud, fitness y ocio

Algunas de las aplicaciones del ensayo de compresión en la industria de seguridad, salud, fitness y ocio incluyen:

• Probar la efectividad de pelotas de tenis, golf y cricket.
• Pruebas de compresión de arneses de seguridad de asientos de coche.

¿Cómo realizar un ensayo de compresión?

El ensayo de compresión funciona sometiendo un material a una fuerza compresiva hasta que alcanza una deformación especificada o fractura. El proceso típicamente involucra los siguientes pasos:

• Preparación de la Muestra: Se selecciona y prepara una muestra del material a testar según el estándar de prueba. La muestra puede ser cilíndrica o cúbica, dependiendo de los requisitos del test.
• Montaje de la Muestra: La muestra se monta entre dos placas o mordazas de una máquina de ensayo. La máquina puede usar fuerza hidráulica, neumática o mecánica para aplicar carga a la muestra.
• Aplicación de Fuerza: Una fuerza compresiva se aplica a la muestra a velocidad constante hasta que alcanza una deformación especificada o fractura. Durante el test, la fuerza aplicada y la deformación resultante se miden y registran.
• Análisis de Resultados: Los datos recogidos durante el test se usan para calcular diversas propiedades del material, incluyendo resistencia a la compresión, módulo elástico y características de deformación.

Ilustración de un ensayo de esfuerzo compresivo.

¿Qué es el equipamiento de ensayo de compresión?

Dispositivos de prueba con compatibilidad universal se usan para ensayos de compresión. Con capacidades de fuerza que van desde 0.02 N a 2,000 kN, estos dispositivos se ofrecen típicamente en una amplia gama de tamaños. Una máquina de ensayo universal debe equiparse con extensómetros, platillos específicos para la aplicación y software de prueba. Una sola máquina puede ajustarse para testar cualquier material dentro de su rango de fuerza simplemente cambiando el utillaje, dependiendo del tipo de material que se testea.

En un ensayo de compresión, una muestra del material se coloca entre dos placas o mordazas de una máquina de ensayo de compresión y se comprime a una deformación predeterminada o hasta que se agrieta.

¿Cuáles son los resultados comunes del ensayo de compresión?

Los resultados del ensayo de compresión variarán de material a material, y también debido a las propiedades deseadas para las que el usuario está testando.

¿Cuáles son los tipos de ensayo de compresión?

Los diferentes tipos de ensayo de compresión se enumeran y discuten a continuación:

1. Ensayo de compresión uniaxial

El ensayo de compresión uniaxial es el tipo más común y fundamental de ensayo de compresión. Implica aplicar una carga compresiva a una probeta en un solo eje, típicamente entre dos placas planas en una máquina de ensayo universal. Este test se usa para evaluar la resistencia a la compresión, módulo de elasticidad, punto de fluencia y comportamiento de deformación de una amplia variedad de materiales.

Los ensayos uniaxiales son particularmente adecuados para materiales como metales, plásticos, cerámicas, hormigón y compuestos. Las probetas suelen ser cilíndricas o cúbicas, y el test se conduce a una velocidad de deformación controlada hasta el fallo o una deformación especificada.

2. Ensayo de muelles

El ensayo de muelles es un método para testar muelles de compresión para medir sus características de rendimiento. Un muelle se coloca en una máquina de ensayo de compresión y se comprime hasta que todas las espiras tocan, y la máquina determina entonces las siguientes características:

• Altura en bloque: La altura del muelle cuando está totalmente comprimido.
• Carga máxima: La cantidad de fuerza requerida para comprimir totalmente el muelle.
• Longitud libre: La longitud del muelle sin carga.
• Constante del muelle: La cantidad de fuerza requerida para comprimir el muelle una cierta distancia.

3. Carga superior/Aplastamiento

El ensayo de carga superior se realiza aplicando una fuerza descendente a una probeta para medir cómo resiste el aplastamiento. Esto puede realizarse en cualquier tipo de probeta pero se usa comúnmente en la industria del embalaje para testar la resistencia al aplastamiento de contenedores como botellas de plástico, cartones y frascos.

¿Cuáles son los estándares de ensayo de compresión?

Hay muchos estándares industriales para ensayos de compresión, mantenidos por diferentes organizaciones, tales como:

Metales

ASTM E9-89a – Métodos de ensayo estándar para ensayo de compresión de materiales metálicos a temperatura ambiente

Cubre aparato, probetas y procedimientos para ensayo de compresión de carga axial de materiales metálicos a temperatura ambiente.

Plásticos

ISO 844:2021 – Plásticos celulares rígidos — Determinación de propiedades de compresión

Especifica métodos para determinar resistencia a la compresión, tensión a 10% deformación relativa y módulo de compresión de plásticos celulares rígidos.

ISO 15527:2007 – Plásticos — Láminas de polietileno (PE-UHMW, PE-HD) moldeadas por compresión — Requisitos y métodos de ensayo

Especifica requisitos y métodos de ensayo para láminas planas sólidas de polietileno moldeadas por compresión sin cargas ni materiales de refuerzo.

ASTM D6713-01 – Especificación estándar para formas extruidas y moldeadas por compresión hechas de Poli(Fluoruro de Vinilideno) (PVDF)

Cubre requisitos y métodos de ensayo para formas extruidas y moldeadas por compresión hechas de PVDF.

Caucho y elastómeros

ISO 7743:2008 – Caucho, Vulcanizado o Termoplástico — Determinación de propiedades de tensión-compresión

Especifica métodos para determinar las propiedades de tensión-compresión de caucho vulcanizado o termoplástico usando una probeta de ensayo estándar.

ASTM D575 – Métodos de ensayo estándar para propiedades de caucho en compresión

Determina las características de compresión-deflexión de compuestos de caucho.

admet.com

ASTM C864-05 – Especificación estándar para juntas de compresión de elastómero denso, bloques de asentamiento y separadores

Cubre juntas de compresión de elastómero denso preformadas y accesorios para uso en aplicaciones de sellado y acristalamiento.

Papel y cartón

ISO 9895:1989 – Papel y Cartón — Resistencia a la compresión — Ensayo de tramo corto

Especifica un método para determinar la resistencia a la compresión en direcciones máquina y transversales de papel y cartón usando un probador de compresión de tramo corto.

Materiales de construcción

BS EN 12365-2:2003 – Herrajes de construcción — Juntas y burletes para puertas, ventanas, persianas y muros cortina — Parte 2: Métodos de ensayo de fuerza de compresión lineal

Especifica métodos de ensayo para determinar la fuerza de compresión lineal de juntas y burletes usados en herrajes de construcción.

¿Cuáles son los beneficios de un ensayo de compresión?

Hay numerosos beneficios al ensayo de compresión, incluyendo:

• Generalmente es rentable comparado con otros tipos de ensayo.
• Puede realizarse en una amplia variedad de materiales.
• Es una técnica bien establecida que puede proporcionar resultados fiables cuando se realiza correctamente.

¿Cuáles son las limitaciones de un ensayo de compresión?

Hay algunas limitaciones al ensayo de compresión, incluyendo:

• Solo da información sobre la resistencia a la compresión de un material y propiedades relacionadas, como módulo elástico y punto de fluencia.
• Puede ser lento.
• Las probetas de ensayo tienen que prepararse de una manera muy específica, lo que puede ser costoso y afectar la exactitud de los resultados.
• La exactitud de los resultados puede verse afectada por factores ambientales, como la temperatura, así como por error del operador, como cargar la probeta incorrectamente.

¿Son precisos los ensayos de compresión?

Sí, los ensayos de compresión pueden ser extremadamente precisos, siempre que se usen máquinas de alta calidad y procedimientos de prueba. Hay varios factores que pueden disminuir la exactitud de los tests, como configuraciones de test inconsistentes, máquinas de baja calidad o máquinas mal calibradas. Al mitigar estos factores, es posible lograr muy alta exactitud con ensayos de compresión.

¿Cuál es la diferencia entre ensayo de tracción y ensayo de compresión?

La diferencia entre ensayo de tracción y ensayo de compresión es que con el ensayo de tracción, se aplica un esfuerzo de tracción, o fuerza de tracción. Con el ensayo de compresión, por otro lado, se aplica un esfuerzo compresivo, o fuerza de empuje.

Resumen

Este artículo presentó los ensayos de compresión, explicó qué son y discutió su propósito y tipos. Para saber más sobre ensayos de compresión, contacte a un representante de Xometry.

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Dean McClements

Dean McClements es graduado en Ingeniería Mecánica con honores y más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye roles significativos en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló una profunda comprensión de los procesos e innovaciones de ingeniería.

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