Cuando los ingenieros quieren conocer la resistencia a la flexión de un material, realizan varias pruebas. Entre ellos, uno importante es el ensayo de flexión. Sin embargo, esta prueba puede realizarse de dos formas principales, según su tipo: Ensayos de flexión en 3 y 4 puntos. A primera vista, parecen similares, pero varían en varios aspectos. Esto suscita un debate entre el ensayo de flexión en 3 puntos y en 4 puntos.
Conocer su diferencia clave es crucial para obtener resultados precisos. Ayuda a elegir la prueba adecuada para el material adecuado. Como resultado, hay muy pocas posibilidades de que se produzcan errores costosos y fallos estructurales. ¿Tiene dudas sobre estas pruebas? No se preocupe. Este artículo le aclarará las cosas explorando las diferencias clave entre las pruebas de flexión en 3 y 4 puntos. Empecemos.
Resumen de los ensayos de flexión en 3 y 4 puntos
El ensayo de flexión es un método para determinar la resistencia a la flexión, la rigidez y la ductilidad de un material. En pocas palabras, ayuda a averiguar cuánto puede doblarse un material antes de romperse. También mide hasta qué punto el material es flexible o rígido y si se frena bruscamente o se estira.
La medición de todos estos parámetros nos da la resistencia última a la flexión de un material. Esta prueba puede realizarse colocando la muestra entre dos soportes. Estos soportes ayudan a mantener el material en un lugar. A continuación, se aplica una carga desde la parte superior, presionando el material hacia abajo y rompiéndolo. En última instancia, los expertos comprueban cuánta fuerza o carga provoca la rotura del material.
Puede realizar una prueba de flexión de dos maneras. La primera es una prueba de flexión en 3 puntos. En este ensayo, la muestra de ensayo se coloca en dos puntos de apoyo. Sin embargo, una sola unidad de carga la presiona desde arriba en el centro. Esta configuración hace que haya tres puntos de contacto (dos soportes y una carga) en total; de ahí que se denomine ensayo de flexión en 3 puntos.
A medida que la fuerza de carga presiona el material de la muestra, éste comienza a doblarse. Esto continúa hasta que se alcanza la carga máxima y el material se rompe. Al final, se miden la resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad. Por otro lado, en el ensayo de flexión en 4 puntos, la muestra se coloca de nuevo sobre dos soportes. Pero esta vez, dos cargas iguales aplican fuerza a la muestra.
En total son cuatro puntos de contacto (dos cargas y dos apoyos), por lo que se denomina ensayo de flexión en 4 puntos. Sin embargo, en este ensayo la fuerza se reparte por una zona más amplia entre dos puntos de carga. El momento de flexión máximo no se concentra en un punto como en el caso de 3 puntos. Debido a la mejor distribución de la tensión, este tipo de prueba de flexión es más fiable.
Ensayo de flexión en 3 puntos frente a 4 puntos: Diferencias clave
Si no comprender la prueba de flexión y sus tipos y beneficios, ¡no te preocupes! He escrito una guía detallada sobre las pruebas de flexión. Debería leerla para comprender los conocimientos básicos. Como ya he dicho, las pruebas de flexión en 3 y 4 puntos se parecen. Sin embargo, difieren en muchos aspectos. Veamos en qué se diferencian las pruebas de flexión en 3 y 4 puntos.
1- Número de puntos de carga
Un punto de carga es el lugar exacto donde la máquina de ensayos aplica la fuerza. El número de puntos de carga en ambos tipos de ensayo de flexión varía. Por ejemplo, la prueba de flexión en 3 puntos sólo tiene un punto de carga. Esto significa que el material se sujeta entre dos soportes. Sin embargo, sólo una carga desde arriba presiona la muestra en un lugar del centro.
Esto hace que la prueba sea sencilla y fácil de realizar. En cambio, en el ensayo de flexión en 4 puntos hay dos puntos de carga. Esto significa que se aplican dos fuerzas iguales en dos puntos diferentes de la muestra de material. La presión se extiende sobre una gran superficie entre los dos puntos de carga. Por lo tanto, hay muy pocas posibilidades de rotura prematura. Por tanto, este método ofrece resultados más precisos.
2- Distribución de tensiones
La distribución de la tensión se refiere a cómo y dónde se propaga la fuerza a través del material durante el ensayo. Se trata de un importante factor diferenciador entre las pruebas de flexión en 3 y 4 puntos. ¿CÓMO? En la prueba de flexión en 3 puntos, hay un punto de carga. Esto significa que la tensión se concentra en un único punto. Como resultado, este punto se estresa más y se debilita.
Este único punto está sometido a tensión, pero el resto del material no. Por el contrario, en el ensayo de flexión en 4 puntos hay dos puntos de carga. Por lo tanto, la fuerza se distribuye uniformemente entre estos dos puntos de carga. Como resultado, todo el punto central se somete a la misma tensión, y el material se prueba de forma más justa.
3- Zona de máximo momento de flexión
El momento flector se refiere a cuánta fuerza de flexión se produce en las diferentes partes del material. Sin embargo, el momento flector máximo es el punto en el que el material experimenta la mayor fuerza. Tanto las pruebas de flexión en 3 puntos como en 4 puntos tienen diferentes zonas para este momento de flexión máximo. En una prueba de flexión en 3 puntos, el Máquina de ensayo de flexión en 3 puntos aplica la fuerza en un punto.
Significa que el momento flector máximo se produce en un único punto o zona. En pocas palabras, sólo hay una zona de momento de flexión máximo. Sin embargo, en la prueba de flexión en 4 puntos, el momento flector máximo se reparte por una gran superficie. Dos cargas aplican fuerzas en dos puntos diferentes. Como resultado, la parte más larga del material experimenta la mayor fuerza de flexión.
4- Sensibilidad a los defectos materiales
Una de las cosas más esenciales en una prueba de flexión es si el material tiene defectos. Estos defectos pueden hacer que un material se rompa más fácilmente. Por eso, la eficacia de una prueba para detectar esos defectos depende de cómo se aplique la fuerza. Por ejemplo, en el ensayo de flexión en 3 puntos, sólo existe un punto de carga en el centro. La fuerza se aplica en ese único punto, que se enfrenta a una tensión intensa.
Toda la presión o fuerza se concentra en una pequeña zona. Como resultado, es más probable que ese punto provoque el fallo del material durante la prueba. Esto significa que el ensayo de flexión en 3 puntos es más sensible a los defectos superficiales o internos sólo en el centro. Por lo tanto, este método es más eficaz para detectar defectos, especialmente en áreas pequeñas.
Por el contrario, en una prueba de flexión de 4 puntos hay dos puntos de carga. Como resultado, la tensión se distribuye en un área grande. Esto hace que sea menos sensible a los defectos menores. Con una máquina de ensayo de flexión en 4 puntos no se pueden detectar pequeñas grietas o defectos. Este método es adecuado cuando se desea conocer el rendimiento global de un material.
5- Precisión de los resultados
La precisión de los resultados significa que los resultados de la prueba son correctos y fiables. En otras palabras, le ayuda a decidir si puede confiar en las cifras que obtiene. Ambos métodos de ensayo de flexión ofrecen distintos niveles de precisión en cuanto a los resultados. Por ejemplo, en una prueba de flexión en 3 puntos, la fuerza se ejerce en un único punto. Debido a que se centra en un área pequeña, los pequeños detalles pueden afectar fácilmente a la prueba.
Pequeñas grietas, desalineaciones y daños superficiales son algunos ejemplos. Estos pequeños problemas afectan mucho al resultado, aunque el material sea duradero en general. Por otro lado, en un ensayo de flexión en 4 puntos, la fuerza se aplica en dos puntos. Esto hace que la prueba sea menos sensible a pequeñas grietas y errores de configuración. Esto permite obtener una imagen más realista de la durabilidad del material.
6- Complejidad del equipamiento y la instalación
Este punto se refiere a lo difícil o fácil que es configurar el equipo de pruebas. Algunas pruebas son sencillas y rápidas, mientras que otras son difíciles de manejar. Por ejemplo, la prueba de flexión en 3 puntos utiliza dos soportes y un punto de carga. Esto significa que sólo se aplica una fuerza, lo que facilita el manejo y la alineación de todo. Además, la máquina utilizada en este proceso tiene menos piezas.
Con unos conocimientos básicos, podrá realizar esta prueba fácil y rápidamente. Por otro lado, la prueba de flexión en 4 puntos utiliza dos puntos de apoyo y dos de carga. El sitio Máquina de ensayo de flexión en 4 puntos tiene piezas complejas que requieren más habilidades. Alinearlo todo y manejar piezas adicionales resulta difícil en esta configuración. Por lo tanto, requiere más atención y cuidado durante la ejecución.
7- Requisito de longitud de la muestra
Esta diferencia se refiere a la longitud de una muestra de ensayo necesaria para realizar una prueba con precisión. Tanto tipos de ensayo de flexión requieren diferentes longitudes para la muestra. Por ejemplo, en un ensayo de flexión en 3 puntos, la máquina aplica la fuerza en un único punto en el centro. Por tanto, no es necesaria una muestra larga.
Esta corta longitud de la muestra hace que este proceso sea más sencillo de manejar. Por otro lado, la prueba de 4 puntos utiliza dos puntos de carga. La fuerza se aplica en dos puntos diferentes. Por lo tanto, la longitud de la muestra debe ser suficiente para que quepa. Si la muestra es corta, los brazos de carga no cabrán y el resultado de la prueba no será exacto. En palabras sencillas, este método utiliza material de muestra largo.
8- Realismo en la simulación de cargas reales
Se refiere a lo bien que cada prueba de flexión representa lo que ocurre en el mundo real con el material. En pocas palabras, se puede ver qué prueba da resultados más cercanos a lo que un material se enfrenta en el mundo real. Si hablamos del ensayo de flexión en 3 puntos, éste aplica la fuerza en un punto central. El material se enfrenta a la máxima tensión en una sola área pequeña.
Sin embargo, en situaciones reales, las cargas suelen estar repartidas. No sólo afectan a una pequeña zona central, sino a toda la superficie del material. Por tanto, el ensayo de flexión en 3 puntos es menos realista. Por el contrario, una máquina de flexión de 4 puntos aplica la fuerza en dos puntos. La tensión se reparte exactamente como ocurre en el mundo real. Por tanto, este método es más realista y simula las condiciones del mundo real.
9- Tipos de material adecuados
No todos los materiales se comportan de la misma manera en las pruebas de flexión. Por ello, es fundamental saber qué material es adecuado para cada ensayo de flexión. Simplifiquemos esta distinción. En la prueba de flexión en 3 puntos, la fuerza se aplica en un punto. Esto provoca una intensa concentración de tensiones en el centro. Esto hace que sea el mejor para materiales frágiles como el vidrio y el plástico duro. ¿POR QUÉ?
Dado que el material frágil se rompe más rápidamente en el punto débil, eso es exactamente en lo que se centra la prueba de flexión en 3 puntos. Por el contrario, una prueba de flexión en 4 puntos distribuye la fuerza entre dos puntos. Esto es válido para materiales dúctiles que no se agrietan repentinamente. Esto le ayuda a observar de cerca el comportamiento del material en una zona de flexión larga.
10- Eficiencia en costes y tiempo
El coste y la eficiencia temporal importan mucho a la hora de elegir entre estos dos métodos. Los ingenieros prefieren pruebas que no sólo sean eficaces, sino también rentables. En este sentido, ambos ensayos de flexión difieren. Por ejemplo, un ensayo de flexión en 3 puntos requiere una configuración sencilla de la maquinaria. Requiere menos piezas que son más fáciles de manejar y configurar. Además, sus rápidos resultados también ahorran tiempo y dinero.
En general, este proceso es más económico. Por otro lado, los ensayos de flexión en 4 puntos requieren una compleja configuración de mecanizado. Manejar esta configuración lleva más tiempo. Además, estas máquinas también tienen un precio elevado. Necesitará personal cualificado para manejar esa compleja configuración, lo que aumenta los costes de mano de obra. Así que, en general, el ensayo de flexión en 4 puntos es un método caro y que requiere mucho tiempo.
Preguntas frecuentes
¿Pueden utilizarse ensayos de flexión en 3 y 4 puntos para el mismo material?
Sí, se pueden utilizar ambos ensayos de flexión para el mismo material. Sin embargo, la elección depende del objetivo de la prueba. Si desea detectar defectos menores y también desea precisión, pueden utilizarse tanto ensayos de flexión de 3 puntos como de 4 puntos para el mismo material.
¿Las pruebas de 3 y 4 puntos miden las mismas propiedades?
Sí, tanto los ensayos de flexión en 3 puntos como en 4 puntos miden las mismas propiedades. Por ejemplo, miden la resistencia a la flexión, la rigidez y la deflexión. Sin embargo, el nivel de precisión y sensibilidad difiere en ambos tipos.
¿Qué industrias utilizan las pruebas de flexión en 3 y 4 puntos?
Tanto los ensayos de flexión en 3 puntos como en 4 puntos se utilizan ampliamente en diversas industrias. Entre ellas, las más comunes son:
- Industria del automóvil
- Industria aeroespacial
- Industria eléctrica
- Marina y construcción naval
- Fabricación de herramientas y equipos
Conclusión
Los ensayos de flexión son útiles para conocer la resistencia real a la flexión de un material. Entre ellos, los ensayos de flexión de 3 y 4 puntos son los más valiosos. A primera vista, suenan y parecen iguales, pero hay varios factores que diferencian estas pruebas. En este artículo hablo de algunos de ellos. Por ejemplo, las pruebas de flexión en 3 puntos utilizan un punto de carga.
Aplica la fuerza en el centro, por lo que es sensible a los defectos del material. Este proceso también es rentable y sencillo. Sin embargo, la prueba de flexión en 4 puntos utiliza máquinas avanzadas y complejas. Aplica la fuerza en dos puntos diferentes. Este proceso es costoso debido a la compleja configuración de la maquinaria. Sin embargo, recomiendo elegir este método para obtener resultados más exactos, precisos y realistas.