Cuarto ejercicio de la serie de ejercicios resueltos de ensayo Charpy. Dos aceros, dos temperaturas y una decisión de ingeniería: cuál usar para un barco que navegará por aguas frías.
Enunciado
Datos comunes: g = 9,81 m/s². Los ángulos se miden desde la vertical.
Un astillero de la bahía de Cádiz debe elegir entre dos aceros, A y B, para el casco de un buque que navegará por aguas del Atlántico Norte, donde la temperatura puede bajar a −10 °C. Se ensayan probetas de 10 × 10 mm con entalla en V de 2 mm con un péndulo de 20 kg soltado desde 1,5 m. El péndulo sube hasta estas alturas:
| Acero | A 20 °C | A −10 °C |
|---|---|---|
| A | 0,90 m | 1,42 m |
| B | 1,30 m | 1,32 m |
a) Calcula la energía absorbida y la resiliencia de cada acero a las dos temperaturas. (1,25 puntos)
b) La sociedad de clasificación exige al menos 27 J a la temperatura mínima de servicio. ¿Qué acero elegirías? ¿Qué aspecto tendría la superficie de fractura del acero A a −10 °C? (1,25 puntos)
Inténtalo antes de seguir leyendo. La solución está justo debajo.
Solución
a) Energías y resiliencias
Se aplica E = 20 · 9,81 · (1,5 − h₁) y ρ = E / 0,8, con la sección resistente de 0,8 cm²:
| Acero | Temperatura | Energía absorbida | Resiliencia |
|---|---|---|---|
| A | 20 °C | 117,7 J | 147,2 J/cm² |
| A | −10 °C | 15,7 J | 19,6 J/cm² |
| B | 20 °C | 39,2 J | 49,1 J/cm² |
| B | −10 °C | 35,3 J | 44,1 J/cm² |
b) Elección del acero
Hay que elegir el acero B. A temperatura ambiente el A es mucho más tenaz, pero a −10 °C cae a 15,7 J, por debajo de los 27 J exigidos: su temperatura de transición está por encima de −10 °C. El B absorbe menos energía, pero la mantiene casi igual en frío y cumple con 35,3 J.
La fractura del acero A a −10 °C sería frágil: plana, cristalina y brillante, casi sin deformación. A 20 °C, en cambio, sería fibrosa y mate.
Claves del ejercicio
- Se elige el material por cómo se comporta en las condiciones de servicio, no en el laboratorio a 20 °C.
- Una caída brusca de la energía al bajar la temperatura delata la transición dúctil-frágil.
- El aspecto de la fractura confirma el tipo de rotura: fibrosa y mate si es dúctil, cristalina y brillante si es frágil.
Sigue practicando
- Ficha de repaso del ensayo Charpy (con PDF descargable)
- Serie de ejercicios Charpy: ← Ejercicio 3 · [ENLACE] Ejercicio 5 →
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