Volume 1, edição 1 11/03/2011 Soluções Sonelastic® S módulo de Young, también se puede calcular el onelastic® es una línea de soluciones en instrumentación Ingeniería destructiva desarrollada Física, de para los por la la ATCP– naturales no decremento logarítmico de la amplitud de vibración elásticos del para cada modo de vibración. módulos de y vibración obtenidas mediante la técnica de excitación por impulso. En esta técnica la muestra sufre un ligero impacto de corta duración provocando una respuesta acústica compuesta por una o más frecuencias naturales de SOLUÇÕES SONELASTIC® vibración, a partir de las cuales es calculado el ATCP—ENGENHARIA FÍSICA El amortiguamiento es calculado a partir del caracterización amortiguamiento de materiales a partir de las frecuencias módulo de cizallamiento y el coeficiente de Poisson. El Sonelastic® atiende las Normas ASTM E 1876, C215 y correlacionadas. Sus elementos y accesorios posibilitan la caracterización en función del tiempo, tanto en temperatura ambiente como para altas y bajas temperaturas, siendo adecuado para una amplia gama de materiales. Caracterización nonodestructiva de los Módulos Elásticos y del Amortiguamiento. Tecnologías Sonelastic® El Sonelastic® posee dos tecnologías para la caracterización de los Módulos Elásticos y el Amortiguamiento, ellas son: • PC-Based: en esta tecnología un software realiza el procesamiento de la señal. Permite mediciones múltiples en función del tiempo y salva/exporta resultados en formatos amigables. Es especialmente aplicable en investigaciones y en el control avanzado de la calidad. • Stand Alone: en esta tecnología el software se encuentra integrado a un hardware. Es aplicable en la industria y en casos donde la vinculación del sistema de medida con un computador no sea conveniente o deseada. PC Based Stand Alone Ejemplos de caracterizciones con el Sonelastic®: La ATCP ofrece diversos tipos de soportes para cuerpos de pruebas y acesorios que posibilitan mediciones de diversos tipos de materiales y dimensiones. Si las configuraciones usuales no satisfacen sus necesidades, desarrollamos items bajo demanda. • Clasificación de maderas (vigas, traviesas de maderas colada, chapa de partículas aglomeradas); • Caracterización de concretos y materiales cementicios; • Evaluación del daños por choque térmico en concretos refractarios; • Caracterización para simulaciones con biomateriales (cerámicas a base de zirconia, cerámicas feldspáticas y cementos resinosos). Validación del Sonelastic® para la clasificación de maderas L a ATCP - Ingeniería Física realizó en el Laboratorio de Maderas y Estructuras de Maderas (LaMEM)* de la EESC-USP, en parcería con el ingeniero Dr. Pedro Gutemberg y el Dr. Carlito Calil Jr., una serie de ensayos para determinar los módulo elásticos en maderas utilizando el Sonelastic® Stand Alone, comprobó la influencia del apoyo de las muestras y la reproductibilidad del equipo. Los ensayos se realizaron con vigas de Pinnus Oocarpa , de Eucalipto Citriodora, chapas de partículas aglomeradas y durmientes de madera colada. En la Fig.1 se muestra un ejemplo con una viga de prueba y en la Fig.2, un gráfico con los resultados comparativos de los valores del módulo de elasticidad obtenidos a partir de tres formas diferentes: con el Sonelastic®, con el equipo Metriguard (vibración transversal) y por flexión estática. Los resultados muestran coherencia entre los tres métodos de ensayo, concluyendo por tanto, que el uso del Sonelastic® es válido en la caracterización de los módulos de elasticidad en materiales anisotrópicos. GPa Figura 1. Ejemplo de una viga de Pinnus Oocarpa siendo clasificada. *Link: http://www.set.eesc.usp.br/lamem/ (LaMEM Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeiras). Figura 2. Resultados comparativos de los módulos de elasticidad obtenidos a partir de tres métodos diferentes. Con el Sonelastic® no es necesario realizar calibraciones, ni utilizar un soporte específico para muestras. Un resumen con los resultados relacionados a la influencia del punto de apoyo de una muestra y de la reproductibilidad del Sonelastic® es presentado en la sección siguiente; donde una viga de Pinnus Oocarpa fue medida en diferentes puntos de apoyo. Especie Módulo de elasticidad Sonelastic® (GPa) Pinnus Oocarpa 14,14 ± 2,26 Pinnus Oocarpa colada 16,33 ± 2,14 Eucalipto Citriodora 17,74 ± 2,82 Tabla 1. Módulos de elasticidad, resultados obtenidos de algunas especies clasificadas. Influencia del apoyo de las muestras y reproductibilidade del Sonelastic® La Fig. 3 muestra el inicio y el final de una secuencia de ensayos con una viga apoyada en dos bases metálicas que fueron desplazadas desde las extremidades hasta el centro. Los resultados presentaron una desviación estándar de apenas 0,1%. En la Fig. 4 muestra el ensayo con la viga apoyada directamente en el piso. Diferentes puntos de apoyo también fueron testados y la desviación estándar fue de apenas 0,15%. Figura 4. Viga apoyada directamente en el piso. Figura 3. Evaluación de la influencia del apoyo de una muestra en las mediciones. Partiendo de los resultados obtenidos en ambos ensayos, se llega a la conclusión, que los puntos de apoyos o la superficie donde la muestra esté apoyada tienen una influencia insignificante en los resultados. La reproductibilidade del Sonelastic® fue medida haciendo el teste 10 veces seguidas en una viga apoyada en el centro, sin cambiar el punto de apoyo o las condiciones mecánicas. Este tipo de ensayo presentó una desviación estándar de apenas 0,02% representando una alta reproductibilidad. Variable Incertidumbre (%) Reproductibilidad Sonelastic® ± 0,02 Influencia del apoyo en la medición ± 0,10 Influencia del apoyo directo y en diferentes pisos ± 0,15 Tabela 2. Resumen de los resultados: influencia del apoyo y reproductibilidad. Ventajas de las Soluciones Sonelastic® en la caracterización de maderas ♦ Evaluado para madera natural, colada y aglomerada. - No necesita de soporte o posicionamiento especial. - Uso amigable y setup rápido (< 1 minuto), no necesita de calibraciones. - Caracteriza el módulo de elasticidad y el amortiguamiento. - Resultados precisos y reproductibles. Figura 5. Ejemplo de durmiente de madera colada. Página 2 - Ensayo no-destructivo y sin aplicación de carga o flexión estática. Figura 6. Ejemplo aglomeradas. de chapa de partículas S o luç õe s S on ela s t ic ® Ensayo con concretos de alta resistencia (ARI) L os ensayos para determinar los módulos elásticos y el amortiguamiento en concretos de alta resistencia (ARI), fueron realizados en parcería con el Laboratorio de Ingeniería de Estructuras* de la EESC-USP, en el contexto de la tesis doctoral del ingeniero Hidelbrando Diógenes, orientado por la Profesora Dra. Ana Lúcia H. C. El Debs y con la supervisión del Prof. Mounir K. El Debs. Los resultados obtenidos de los módulos de elasticidad, con ambos sistemas fueron equivalentes: 41,72 ± 0,53 GPa para las muestras cilíndricas y de 44,01 ± 0,32 GPa para las muestras prismáticas, empleándose el dispositivo experimental, y 41,41 ± 0,38 GPa e 43,28 ± 0,25 GP respectivamente empleándose el Sonelastic® PC Based. Partiendo de la coherencia en los resultados podemos afirmar que los ensayos fueron exitosos e indicararon la efectividad del uso de las Soluciones Sonelastic® en la caracterización no-destructiva de los módulos elásticos y del amortiguamiento en muestras de concreto. El Sonelastic® utiliza un micrófono para capturar la señal eliminando la fijación de acelerómetros. Es importante resaltar que al emplear las Soluciones Sonelastic® no es necesario fijar ningún acelerómetro al concreto o emplear dispositivos especiales para excitar el cuerpo de prueba, lo que facilita y reduce el tiempo de la caracterización. Figura 8. Ilustración del ensayo con una muestra cilíndrica. Se analizaron muestras en formas de prismas y cilíndros y los resultados obtenidos con el Sonelastic® PC Based fueron comparados con el ensayo dinámico usualmente realizado por el Laboratorio de Estructuras, con un sistema de adquisición ACE de la Dataphysics. Figura 7. Resumen de los resultados obtenidos para el módulo de elasticidade en muestras cilíndricas, vía Sonelastic®, vía ensayo dinámico con acelerómetro y vía ensayo estático. Muestra Módulo de elasticidad Sonelastic® (GPa) Concreto ARI (cilíndrico) 41,41 ± 0,38 Concreto ARI (prismático) 43,28 ± 0,25 Concreto común 16,71 ± 0,03 Tabela 3. Resultados obtenidos para el módulo de elasticidad de las muestras caracterizadas. *Link: http://www.set.eesc.usp.br/labestr/ Estudio del daño por choque térmico L a resistencia al daño por choque térmico es una característica importante de los concretos refractarios, ya que determina el desempeño y la vida útil de estos materiales en varias aplicaciones. El empleo de técnicas más sensibles y no- destructivas para la evaluación del daño es muy conveniente por facilitar el control de la calidad de estos materiales, y por colaborar con el avance del conocimiento relacionado con las alteraciones microestructurales que ocurren en el material dañado. El Sonelastic® permite el estudio de la variación del módulo de Young y el amortiguamiento en función de la temperatura. Pensando en esto la ATCP desarrolló con el Grupo de Ingeniería de Microestructura de Materiais (GEMM) el Sonelastic® para refractarios a través de cooperaciones estabelecida con el Prof. Dr. José Anchieta Rodrigues. El horno instrumentado de la Fig. 9 fue desarrollado para la caracterización de los módulos elásticos y del amortiguamiento en función de la temperatura hasta 1.150 °C. La ATCP dispone de otros hornos bajo encomienda para mediciones a temperaturas superiores y/o atmósfera controlada y también se hacen adecuaciones bajo demanda. 32 Aquecimento Resfriamento 28 E (GPa) 24 20 16 12 0 Figura 9. Horno instrumentado para caracterizaciones en función de la temperatura. 100 200 300 400 500 600 Temperatura (°C) Figura 10. Módulo de Young (E) vs temperatura. Caracterização de biomateriais L a ATCP y la Faculdad de Odontologia de la UNESP (FOSJC)* realizaron la caracterización no destructiva del Módulo de Young y del coeficiente de Poisson en cerámicas a base de zirconia (Y-TZP), cerámicas feldspáticas y cementos resinosos, materiales utilizados en restauraciones dentarias. El ensayo hace parte del trabajo de maestrado de los cirujanos dentistas Sabrina Feitosa y Pedro Corazza, orientandos por los Profesores Dr. Marco Antonio Bottino y Dr. Álvaro Della Bona, respectivamente. En la Fig. 11 tenemos una simulación por el Método de Elementos Finitos (FEM) de la distribución de tensiones en un diente pré-molar superior restaurado con una incrustación de cerámica. Para la realización de este tipo de simulación es importante la caracterización del Módulo de Young y del coeficiente de Poisson, donde las Soluciones Sonelastic® son empleadas. El éxito de este trabajo demostró la aplicabilidad del Sonelastic® en la caracterización no-destructiva de biomateriales usados en la odontología. *Link: http://www.fosjc.unesp.br/(Pós- Figura 11. Análisis por el Método de los Elementos Finitos (FEM Graduação em Odontologia Restauradora). Volume 1, edição 1 Página 3 Caracterizaciones demostrativas Descubra si nuestra tecnología es adecuada para su investigación, envíe sus muestras para una caracterización sin compromiso! Prestación de servicios La ATCP está hace11 años en el mercado y presta servicios de caracterización de los módulos elásticos dinámicos y del amortiguamiento mediante la técnica de excitación por impulso de acuerdo con las Normas ASTM E 1876, C 215 y correlacionadas, tanto para temperatura ambiente como en alta temperatura. En temperatura ambiente - Módulo de Young, módulo de cizallamiento. - Coeficiente de Poisson. - Amortiguamiento. Maderas: cualquier dimensión, visto que no es necesario un soporte específico para el cuerpo de prueba. En alta temperatura Geometrías y dimensiones*: - Barras: longitud de 50 a 250 mm, ancho y espesor de 5 a 45 mm - Cilindros: longitud de 100 a 400 mm y diámetro de 10 a 200 mm - Placas: longitud y ancho de 50 a 400 mm - Discos: diámetro de 50 a 400 mm *Estas dimensiones son las más utilizadas, aunque los soportes se pueden ajustar para caracterizar muestras con pocos milímetros o hasta con metros de longitud. - Amortiguamiento y módulos elásticos iniciales emn temperatura ambiente. - Relación del módulo de Young y del amortiguamiento con la temperatura y el tiempo. Geometría: Barras. Dimensiones: longitud 120 a 160 mm y ancho/espesor 10 a 40 mm Intervalo de medida: hasta una medida por minuto. Otras geometrías y dimensiones también son caracterizables, consúltenos. ATCP—Ingeniería Física Calle Monteiro Lobato, 1601 São Carlos - SP CEP 13569-290 Brasil Sonelastic® Stand Alone con soporte para pequeñas muetras. Tel: 16-3307-7899 E-mail: apl@atcp.com.br E-mail: ha@atcp.com.br www.atcp.com.br