Implementation of a cooling system to develop experimental fatigue tests below zero grades Celsius

• Cárdenas Arias, Carlos Gerardo ; Sandoval Rodríguez, Camilo Leonardo ^[2] ; Rincón Quintero, Arly Darío ^[2] ; Díaz Melo, Pablo David ^[1] ; Colmenares Rincón, Alexander ^[1]
  1. [1] Universidad Antonio Nariño

     Universidad Antonio Nariño

     Colombia

     
  2. [2] Unidades Tecnológicas de Santander, Colombia
• Localización: Scientia et Technica, ISSN 0122-1701, Vol. 25, Nº. 4, 2020, págs. 519-525
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Implementación de un sistema de enfriamiento para desarrollar pruebas de fatiga por debajo de cero grados Celsius
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• Resumen
  • español

    La temperatura es una de las propiedades de la materia con mayor influencia en el comportamiento de los materiales existentes en la naturaleza y aquellos diseñados por el hombre. Esta magnitud física permite demostrar y definir comportamientos y características de los materiales en la industria en general. Su influencia está presente en todos los lugares donde los materiales cumplen funciones, sin embargo, en algunas aplicaciones su influencia es muy pequeña, lo que permite ignorar sus efectos. En el caso de los aceros (uno de los materiales más utilizados a nivel industrial en la actualidad), la variación de temperatura produce dilatación o contracción, dependiendo de la magnitud de la temperatura y la variación que los afecta. Los aumentos de temperatura generan un fenómeno de expansión en los materiales, que bajo carga alcanzarán un punto donde presentan fallas por fatiga térmica. Lo opuesto es el de las caídas de temperatura, donde el fenómeno que ocurre es la contracción, que a menudo conduce a la pérdida de ajustes e interferencias que comprometen la funcionalidad e integridad del equipo. La falla por fatiga mencionada se presenta como resultado de las tensiones y deformaciones presentes en ambos casos. Se desea acondicionar un equipo de ensayo de fatiga por flexión rotativa con un sistema de enfriamiento para llevar el material de la muestra a temperaturas inferiores a cero grados Celsius, a fin de verificar cómo las bajas temperaturas afectan la resistencia del acero a fatiga. Para esto, se diseñó un sistema de enfriamiento y el equipo de fatiga se adaptó para reducir la transferencia de calor. Después de llevar a cabo esta implementación y determinar que los tamaños de los dispositivos eran adecuados para los propósitos propuestos, se realizaron las pruebas de temperatura iniciales y, una vez que se logró esta parte, se realizaron tres repeticiones de una prueba de fatiga rotativa que demostraron que el equipo puede operar normalmente.

  • English

    Temperature is one of the matter properties with the greatest influence on the materials behavior existing in nature and those man designed. This physical magnitude allows to demonstrate and define behaviors and materials characteristics in the industry in general. Its influence is present in all the places where the materials fulfill functions, however, in some applications its influence is very little, which allows to disregard its effects. In the steels case (one of the most used materials at the industrial level today), the temperature variation produces dilation or contraction, depending on the temperature magnitude and its variation that affects them. Temperature increases generate an expansion phenomenon in the materials, which under load will reach a point where they present thermal fatigue failure. The opposite is that of temperature drops, where the phenomenon that occurs is contraction, often leading to the loss of adjustments and interference that compromise the equipment functionality and integrity. The fatigue failure mentioned is presented as a result of the stresses and deformations present in both cases. It is desired to condition a rotational flex fatigue test equipment with a cooling system to bring the sample material to temperatures below zero degrees Celsius, in order to check how low temperatures, affect the resistance of steel to fatigue. For this, a cooling system was designed and the fatigue equipment was adapted to reduce heat transfer. After carrying out this implementation and determining that the sizes of the devices were suitable for the proposed purposes, the initial temperature tests were carried out and, once this part was achieved, three repetitions of a rotary fatigue test were performed that demonstrated that the equipment can operate normally.