Primer ejercicio de la serie de ejercicios resueltos de ensayo Charpy para la PEvAU de Tecnología e Ingeniería II. Aquí no basta con calcular: hay que interpretar una tabla de resultados a varias temperaturas y decidir si un acero sirve para trabajar en frío.
Enunciado
Datos comunes: g = 9,81 m/s². Los ángulos se miden desde la vertical.
Una empresa de Jaén fabrica soportes de acero para una cámara frigorífica que trabajará a −20 °C. Para comprobar el material, realiza un ensayo Charpy a temperatura ambiente sobre una probeta de 10 × 10 mm con entalla en V de 2 mm. El péndulo, de 22 kg, se suelta desde 1,2 m de altura y, tras romper la probeta, sube hasta 0,45 m.
a) Calcula la energía absorbida y la resiliencia. ¿Cumple el ensayo la velocidad de impacto que exige la norma (5–5,5 m/s)? (1,25 puntos)
b) El laboratorio repite el ensayo a otras temperaturas y obtiene esta tabla:
| Temperatura | 20 °C | 0 °C | −20 °C | −40 °C |
|---|---|---|---|---|
| Energía absorbida | 162 J | 128 J | 41 J | 14 J |
Si la especificación pide al menos 27 J a la temperatura de servicio, ¿es apto el acero? ¿Entre qué temperaturas está la transición dúctil-frágil? (1,25 puntos)
Inténtalo antes de seguir leyendo. La solución está justo debajo.
Solución
a) Energía absorbida, resiliencia y velocidad de impacto
- Energía absorbida: E = m · g · (h₀ − h₁) = 22 · 9,81 · (1,2 − 0,45) ≈ 161,9 J.
- Sección resistente, bajo la entalla: S₀ = 10 · (10 − 2) = 80 mm² = 0,8 cm².
- Resiliencia: ρ = E / S₀ = 161,9 / 0,8 ≈ 202,3 J/cm².
- Velocidad de impacto: v = √(2 · g · h₀) = √(2 · 9,81 · 1,2) ≈ 4,85 m/s.
La velocidad es menor que 5 m/s, así que el ensayo no cumple la norma: habría que soltar el péndulo desde más altura.
b) ¿Es apto el acero a −20 °C?
A −20 °C la probeta absorbe 41 J. Como 41 J ≥ 27 J, el acero es apto, aunque con poco margen: a −40 °C solo absorbe 14 J y ya rompería de forma frágil.
La energía cae bruscamente entre 0 °C y −20 °C: ahí está la temperatura de transición dúctil-frágil. Si la cámara bajara accidentalmente de −20 °C, el soporte podría romper sin avisar.
Claves del ejercicio
- La sección resistente es la que queda bajo la entalla, no la sección completa de la probeta.
- Comprobar la velocidad de impacto es una forma sencilla de validar el ensayo.
- Un buen resultado a temperatura ambiente no garantiza el comportamiento en frío: hay que mirar la energía a la temperatura de servicio.
Sigue practicando
- Ficha de repaso del ensayo Charpy (con PDF descargable)
- Serie de ejercicios Charpy: Ejercicio 2 →
¿Te ha quedado alguna duda? Déjala en los comentarios.
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