Serie de artículos: Precisión de las mediciones en el análisis experimental de tensiones. Primera parte

La tecnología de las galgas extensométricas —junto con sus grandes posibilidades de compensación de errores— se ha ido optimizando a lo largo de varias décadas. No obstante, siguen existiendo factores que pueden afectar a las mediciones de las galgas extensométricas. El objetivo de este artículo consiste en poner de relieve las múltiples (aunque con frecuencia evitables) causas de errores cuando se utilizan galgas extensométricas en el análisis experimental de tensiones y explicar cómo cuantificar la incertidumbre de medición desde la fase de diseño.

Preguntas fundamentales

Las observaciones siguientes, que pueden resultar útiles antes de realizar mediciones con galgas extensométricas en el análisis experimental de tensiones, resumen la experiencia de los autores. Las preguntas que se formulan a continuación son esenciales para las mediciones (por ejemplo, protección del punto de medición) y para la incertidumbre de medida que se puede obtener:

  • ¿Cuándo llegará el punto de medición al término de su vida útil?
  • ¿Qué magnitud tendrán los valores de deformación?
  • ¿Se producirá alguna variación de la temperatura? En caso afirmativo, ¿en qué medida y con qué velocidad?
  • ¿Existe algún factor ambiental especial (agua, humedad, etc.) que afecte al punto de medición?
  • ¿Sobre qué material se va a instalar la galga extensométrica (no homogéneo, anisótropo, altamente higroscópico, etc.)?
  • ¿Existe alguna posibilidad de reajustar el punto cero en caso necesario?

Un ingeniero curtido en la realización de pruebas debe buscar respuestas a estas preguntas desde la fase de análisis del trabajo de medición (desde luego, mucho antes de instalar la primera galga). La respuesta a la última pregunta determina si la medición está referida un punto cero o no.

Mediciones referidas al punto cero

Las mediciones referidas al punto cero por lo general se entienden como mediciones que implican la comparación de valores medidos instantáneos con valores obtenidos al inicio de la medición, en el transcurso de varias semanas, meses o incluso años. Durante este tiempo no se produce una "puesta a cero" de la cadena de medición. Las mediciones referidas al punto cero tienen un carácter mucho más crítico que las que no están referidas al cero, ya que cualquier deriva del cero (como consecuencia de la temperatura o de otros factores ambientales) se incorpora por completo al resultado.

Los errores de deriva del cero resultan especialmente peligrosos con los valores de deformación pequeños, ya que dan lugar a desviaciones relativas muy importantes con respecto al valor medido. Por ejemplo, con frecuencia, las deformaciones que sufren las estructuras y los componentes de las máquinas no superan los 100 µm/m, ya que se suelen construir con un "factor de seguridad" elevado. En un caso así, una desviación de 100 µm/m con respecto al cero daría lugar a un error de medición del 100%.

Dado que las mediciones continuas para la auscultación de estructuras son casi siempre mediciones referidas al punto cero, es necesario prestar especial atención a la protección de las galgas extensométricas frente a los factores ambientales. Es esencial que el punto de medición ofrezca una estabilidad a largo plazo suficiente. Si es de prever que se produzcan variaciones de temperatura importantes, los coeficientes que definen la influencia de la temperatura tienen que ser pequeños. En componentes generosamente sobredimensionados, en los que las señales de medida presentan amplitudes bajas, es probable que la superposición de los efectos resultantes de una instalación deficiente produzca errores importantes. La electrónica de medición responde a cada variación en la resistencia con un cambio en la lectura.

Esa variación puede deberse efectivamente a un cambio en la magnitud que se está midiendo, pero también puede deberse a la entrada de moléculas de agua. El valor medido instantáneo es la suma de todas las contribuciones a la deformación en la galga extensométrica, y no permite distinguir entre las contribuciones deseadas y las indeseables.

 

 

Mediciones no referidas al punto cero

Las mediciones no referidas al punto cero son tareas de medición que permiten ajustar el cero en momentos específicos en el tiempo, sin que se produzca por ello pérdida de información. Únicamente es relevante la variación de la magnitud medida después de la "puesta a cero". Por ejemplo, las básculas de baño modernas se taran automáticamente cada vez que se encienden, sin que se produzca pérdida de información. A menudo la "puesta a cero" se lleva a cabo con pruebas de carga únicas (con frecuencia en forma de mediciones a corto plazo), por lo que la deriva del cero es totalmente insignificante.

En las pruebas destructivas se registran deformaciones muy elevadas, por lo que se requieren galgas extensométricas con intervalos de medición adecuados. Si, tras semanas de preparación, uno descubre que las galgas extensométricas instaladas en un componente han fallado por no ser las adecuadas, se generan costes y molestias adicionales.

Normalmente, las mediciones en laboratorios y centros de ensayo no tienen un carácter crítico, en el sentido de que las condiciones ambientales (temperatura, humedad) son moderadas.

En cambio, las mediciones de campo y en cámaras climáticas con un alto grado de humedad y gradientes de temperatura elevados sí son críticas.

 

 

Read on ...

Próximamente seguiremos tratando esta cuestión, en la segunda parte de nuestra serie de artículos sobre "Precisión de las mediciones en el análisis experimental de tensiones".

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