Diseño, Simulación y Ensayo de un Sensor de Deformación Paralelo de Alta Ganancia

Abstract

El conocimiento de los esfuerzos sobre estructuras o maquinaria es crucial tanto en aquellos casos en donde la integridad de las mismas o la seguridad de la operación puedan verse involucradas, como la posibilidad de determinar el nivel de capacidad o producción en la que se encuentran. Excepto por la premisa de salvaguardar las vidas involucradas, en ambos argumentos se advierte un profundo interés económico. En el primero, una protección contra sobrecargas permite prolongar la vida útil de la unidad resguardada, mientras que en el segundo la medición del esfuerzo puede llevar directa o indirectamente a la cuantificación de la variable que mide el rédito económico de estructura o maquinaria en la que se efectúe. Un claro ejemplo de esta última es la determinación de la carga interior de un silo mediante los esfuerzos en sus anclajes.
Para la determinación del esfuerzo actuante sobre un elemento estructural se recurre generalmente a la medición de su deformación. Esta tarea resulta no trivial dado que el diseño de los dispositivos de medición de las deformaciones, requiere, entre otros requerimientos, la necesidad imperiosa de poder discernir entre deformaciones provocadas por las solicitaciones de interés, y aquéllas asociadas a factores ajenos tales como la dilatación térmica. Asimismo, cuando la estructura no está especialmente diseñada
para el montaje de estos medidores, los valores de deformación que deben registrarse son muy pequeños lo cual implica que el instrumento cumpla con la doble función de amplificar la deformación debida a las fuerzas a determinar, a la vez que reduzca al mínimo la deriva ocasionada por otros efectos.
En este trabajo se presentan las consideraciones sobre el diseño de un sensor de deformación para ser montado en paralelo sobre una viga, con el fin de determinar la carga sobre la misma. Las premisas del desarrollo fueron alta ganancia y compensación térmica. Como resultado de un estudio analítico se determinó la geometría óptima, mientras que el desempeño fue evaluado numéricamente en simulaciones térmicas y de carga. Las predicciones obtenidas fueron contrastadas con prototipos ensayados tanto en condiciones de laboratorio como de campo. Los resultados numéricos y experimentales mostraron buena concordancia, corroborando las consideraciones de diseño.