TÍTULO
Diseño y construcción de un péndulo de Charpy para medir la resiliencia de un material
Profesor: Damián Iglesias Domínguez.
Identificación: Situación de aprendizaje/Proyecto
I.E.S. Javier García Téllez Cáceres. Dpto. Tecnología. D. Iglesias
Tecnología e Ingeniería I. Bloque: Materiales y fabricación
Tareas:
Aplicar las metodología agile para identificar las tareas del proyecto y planificarlo
Aprender sobre la clasificación de los materiales y sus propiedades
Conocer la importancia del ensayo de resiliencia
Diseñar un péndulo Charpy con Tinkercad
Utilizar Arduino para controlar el funcionamiento del péndulo de Charpy
Crear una presentación digital (Genially) para exponer el proyecto
Herramientas que vamos a utilizar
Suite ofimática, placa Arduino uno, componentes KY-40 y pulsador, acceso a wifi, etc.
Tableros de madera para soporte, angulares, tornillería, ejes, rodamientos…etc.
Ruta de aprendizaje
Planificación
Aplicar herramientas de la metodología agile en el proyecto
Identificar y planificar las tareas que hay que realizar para llevar a cabo el proyecto
Desarrollo
Conocer los materiales y sus propiedades
Investigar sobre la resiliencia y la tenacidad
Diseñar y construir un péndulo de Charpy
Automatizar el péndulo de Charpy con Arduino
Publicación
Crear una presentación del proyecto con Genially
DESARROLLO DEL PROYECTO CON LA METODOLOGÍA AULA DEL FUTURO
PLANIFICACIÓN
ZONA INVESTIGA DESARROLLA
Averigua, analiza, cuestiona y examina. Planifica, diseña e inventa
ZONA EXPLORA
Indaga, busca y descubre. Averigua, indaga e innova
Comenzamos el proyecto. INICIO
Seleccionar a los participantes
Desarrollar la agenda
Buscar facilitador
Reservar un espacio
Contar en material necesario
Las tareas del proyecto. Reparto y temporalización
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Planificación del proyecto
. Diagrama de Pert / diagrama de gantt
DESARROLLO
ZONA CREA
Edita, manipula e imagina
Propiedades de los materiales
Ensayos de materiales de uso técnico
Diseñar péndulo de Charpy
Diseñar piezas fijas y móviles
Detalles de construcción
Montaje.
Automatización
Comprobar el funcionamiento.
PUBLICACIÓN
ZONA PRESENTA INTERACTÚA
Informa, escucha, comparte y muestra. Colabora, pregunta y debate.
Prezi, PowerPoint, Impress, Genially
EVALUACIÓN DEL PROYECTO:
Anexo: Rúbricas de evaluación
Instrumentos de evaluación y calificación por competencias
FUNDAMENTOS Y CONCLUSIONES DEL ENSAYO
Fundamentos del ensayo. Concepto de resiliencia. Temperatura de transición frágil-dúctil.
Permite determinar la energía absorbida en la rotura de una probeta normalizada producida por un golpe seco de un martillo en su caída libre.
Se coloca la probeta en el lugar adecuado y se levanta el martillo hasta h0 respecto de la probeta y formando un ángulo α.
El martillo se deja caer para que choque, rompa la probeta y llegue hasta hf formando un ángulo β.
El martillo consume parte de la energía en romper la probeta y el resto en alcanzar la altura hf
La energía será:
W= P (h0-hf) = P L ( cosβ- cosα)
P= peso del péndulo ( kg)
L= longitud del péndulo ( m)
W= energía empleada en la rotura (Kgm)
α, β = ángulos formados por el péndulo
El valor de la resiliencia ρ de un material se define com el trabajo de rotura por unidad de superficie A
RESILIENCIA= W/A
r =W/A
r = resiliencia del material Kg/ cm3
W= energía empleada en la rotura
A= sección de la probeta cm2
Si expresamos la altura en metros. E= m g (ho-hf) serán Julios
Y la resiliencia r =EA vendrá expresada en J/ m2
En cualquier caso, el ensayo permite analizar si un material es frágil o tenaz. Los materiales tenaces absorberán más energía en la rotura que los frágiles, por lo que su resiliencia será mayor en los tenaces
La resistencia al impacto en la energía que absorbe un material tras la aplicación de una carga súbita
La tenacidad es la cantidad de energía absorbida por un material antes de fallar o romperse frente a la aplicación de una carga, es decir, la energía almacenada por su deformación elástica y plástica.
La resiliencia es la energía almacenada por un material cuando este se encuentra deformado plásticamente, es decir, antes de que se le aplique una carga que lo deforme permanentemente
Temperatura de transición frágil-dúctil.
En la figura se aprecia como el material cambia de comportamiento frágil a dúctil en función de la temperatura.
Algunos materiales no lo evidencian tan fácilmente.
Evidencias de la fase de diseño.
Diseño Tinkercad Diagrama de Pert y Gantt
Evidencias de la fase de construcción.
Fases de construcción
Funcionamiento del Péndulo “ Vídeo”
Consideraciones
1. Conclusiones del ensayo
Nuestro proyecto, nos permite evaluar la resiliencia de un material, pero sin llegar a datos concluyentes ya que se trata de un ensayo no normalizado
El comportamiento de un material frente a la resiliencia si tiene consecuencias reales.
La temperatura de transición puede estar comprendida entre aproximadamente entre -100 y + 100 ºC, dependiendo de la composición de la aleación y de las condiciones del ensayo. Debido a este fenómeno, los barcos Liberty sufrieron varios fallos desastrosos durante la Segunda Guerra Mundial, Algunos de ellos se partieron literalmente por la mitad. Los aceros de bajo contenido en carbono, que eran dúctiles en los ensayos de tracción a temperatura ambiente, se volvieron frágiles al ser expuestos a las bajas temperaturas del océano.
Otros ejemplos
2. Conclusión de nuestra situación de aprendizaje
Inicialmente hemos diseñado y probado el funcionamiento del Péndulo de Charpy y posteriormente procederemos a la automatización del mismo.
Cáceres, diciembre de 2024
Buen trabajo
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