Prueba de la chispa

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Lic. en Ingeniería Electromecánica Ciencia de los Materiales I Cenobio Cenobio A. V il lalobos A.

CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES POR MEDIO DE LA PRUEBA DE LA CHISPA Nombre: Jaime A. Pérez V. Cédula: 6-715-329 e-mail: [email protected] [email protected] om

Nombre: Domingo J. Jaén M. Cédula: 7-707-2285 e-mail: domingo.jaen0@gmail [email protected] .com

Nombre: Alvin D. Ochoa S. Cédula: 6-716-250 e-mail: [email protected] [email protected] Resumen. Los materiales son pieza fundamental en el crecimiento íntegro, científico y social de nosotros, los seres

humanos, porque en ellos se encuentran los pilares por lo que grandes estructuras son levantadas, así como increíbles y útiles herramientas son utilizadas, así como son base para la creación y realización de los diversos objetos domésticos o del diario vivir que son manipulados por nosotros y de los cuales dependemos tanto para nuestra supervivencia y a su vez convivencia. Ejemplos son: cucharas de acero inoxidable, verjas de hierro, jarrones cerámicos, conductores eléctricos o alambres de cobres, pilastras de concr eto concr eto reforzado, en fin… Con todo lo anterior, queremos expresar la profunda necesidad de conocer los materiales que forman parte de nuestra vida y que son tan imprescindibles. Descriptores : Aleación, Chispa, Estrella, Explosiones, Ramillete.

1. Introducción. Los materiales utilizados en la fabricación de piezas o elementos metálicos y algunas estructuras, poseen características que los definen dentro de ciertas categorías. Esta clasificación se da principalmente en los aceros, los cuales son una aleación de hierro y carbono en diferentes concentraciones. Para poder conocer o comprobar las propiedades y características de los materiales de ingeniería, es necesaria la ejecución de ensayos y pruebas. Para identificar de una forma rápida y aproximada el tipo de acero y el porcentaje de carbono carbono que poseen, existe el el ensayo de chispa. chispa . Esta prueba puede ser un método confiable para clasificar los metales ferrosos, ya que una composición específica produce una chispa con características específicas. Cuando un material es puesto contra una piedra de esmeril girando, pequeños fragmentos se desprenden con la fricción. Estos alcanzan el punto de fusión y se vuelven incandescentes produciéndose rayos luminosos, chispas, explosiones, estrellas, arborescencias luminosas, etc . La diferencia en el patrón de la corriente de la chispa permite identificar la calidad del acero de una determinada pieza, comparándolo con los patrones ya existentes, no obstante se requiere experiencia para la identificación y para dar una interpretación correcta a la chispa producida. En cuando al tipo de chispas proyectadas, aquí se indican algunas características importantes: Un haz de chispa puede dividirse en tres partes principales. La primera, a la salida de la piedra del esmeril, que se encuentra formada por rayos rectilíneos en los que puede observarse perfectamente el color característico. La segunda zona es la de bifurcación, y algunas veces tiene lugar en ella algunas explosiones. La tercera y última zona, es donde aparecen la mayor parte de las explosiones, adopta diversas formas, que se denominan estrellas, gotas, lenguas, flores, etc. Influencia de los componentes: Carbono: Los aceros que contienen entre 0.15 y 0.13 % de carbono, dan chispas formadas por rayos lisos de color amarillo oscuro, en cuya punta aumenta ligeramente el volumen y la luminosidad. A medida que aumenta el contenido de carbono, aumenta el número de explosiones en formas de lanzas y flores, siendo más brillantes y luminosas. Molibdeno: se identifica, en los aceros que lo contienen, por aparecer en los extremos de los rayos amarillos una prolongación completamente separada de color rojo-anaranjado. Wolframio: también se identifica con facilidad, porque da chispas de color rojo oscuro, menos luminoso que el de todos los aceros, que sólo se aprecia en locales oscuros. Si la cantidad de Wolframio es más de 18%, las chispas son todas rojas, aunque a veces se producen ligeras explosiones de color rojo. Por medio de la prueba de chispa se puede determinar de una forma cualitativa el contenido de carbono y también si un acero se ha endurecido o es blando.

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En los aceros no aleados el dato más relevante es su contenido de carbono y al realizar la prueba, el hierro presenta una chispa bastante larga de color amarillo, a medida que el contenido de carbono aumenta el color de las ramificaciones se hace más claro y de longitud más corta y mucho más denso cerca de la piedra esmeril. Para determinar si un acero al carbono se ha endurecido o es blando (recocido), se mira en la intensidad y la densidad del patrón, los aceros suaves producen menos ra yos, y de menor intensidad, que los aceros endurecidos. No obstante, cabe señalar que los aceros aleados con algo de manganeso presentan un mar cado aumento de la actividad de la chispa, tanto en número, grosor e intensidad de los rayos, mientras que los aceros aleados con cromo presentan el efecto contrario, es decir, menos actividad. El tema principal a tratar en el presente informe es la clasificación de diferentes tipos de piezas metálicas de muestra, en base a la prueba de chi spa. Las características que se van a analizar de cada muestra son: la for ma, color, cantidad y tamaño de la chispa, con lo cual se identificará el tipo de acero (en el caso de los aceros) de acuerdo al contenido de carbono y también de acuerdo a sus propiedades magnéticas. También podremos identificar, con los resultados de la prueba, aquellos materiales que a simple vista parecen tener características similares a los aceros pero que pertenecen a otro grupo como lo son aluminio, plomo, cobre, y sus aleaciones. La respectiva identificación del tipo de aleación se deberá hacer comparando los resultados obtenidos en la pr ueba experimental con los ya existentes. Al saber qué tipo de aleación se tiene, es posible conocer de una manera más profunda sus características, y así entender por qué algunas herramientas, elementos de máquina, piezas o estructuras se fabrican utilizando cada uno de estos tipos de metales.

2. Materiales y métodos A. En el siguiente laboratorio se realizaron distintas pruebas de chispas a distintos materiales con el fin de obtener resultados comparativos entre los mismos. Entre los materiales y herramientas que se utilizaron para llevar a cabo este laboratorio están:  Dos guantes de cuero.  Dos Gafas protectoras.  Una esmeriladora.  Un alicate.  Una careta para esmerilar.  Un delantal o chaleco para esmerilar.  Un cubo lleno con distintos materiales (41 piezas).  Dos mesas para colocar los materiales y las herramientas de trabajo.  Extensión eléctrica.  Acondicionamiento del laboratorio a poca iluminación.

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

B. Se realizaron las distintas comparaciones de chispas de manera cualitativa en cada uno de los materiales presentados en el laboratorio, en donde las distintas formas de chispas, colores de chispas, tamaños de chispas, textura del material, color del material, peso cualitativo del material (densidad), dureza y pruebas magnéticas definieran las características de los distintos materiales a probar. C. Para llevar a cabo este laboratorio, se realizaron los siguientes procedimientos :





IV.

Se tomaron las medidas necesarias en el equipamiento para manejar las distintas herramientas y los pasos a realizar en las pruebas de chispas (equipo de seguridad), Ver (Figura 4, 5 y 6).

Fig. 4 V.

Con mucha precaución se comenzó a realizar las distintas pruebas de chispas para cada uno de los materiales enumerados del 1 al 41, tomando en cuenta que los primeros materiales sometidos a las pruebas fueron aquellos materiales distinguidos como acero (por su color, peso y sus propiedades magnéticas), ver (figura 7 y 8).

Fig. 7 VI.

VII.

Fig. 6

Fig. 5

Fig. 8

Luego se procedió a realizar las pruebas para los materiales restantes como el aluminio, plomo, cobre, etc. De esta manera se evitó la contaminación del disco de piedra de la esmeriladora, permitiéndonos obtener mejores chispas. Se procedió a tomar cada uno de los resultados de las pruebas de chispas obtenidos para cada uno de los distintos materiales, (tamaño, color, forma, cantidad, etc.), ver (Figura 9).





D. Por último se procedió al ordenamiento y limpieza del laboratorio.

3. Resultados y Discusión Número pieza y descripción 1 – Pedazo corto de varilla de sección transversal circular. 2 - Platina

Características cualitativas Es de color marrón oscuro, oscuro, con textura rugosa con relieves, de densidad relevante y es magnético. Color marrón oscura, textura rugosa sin relieves, de densidad relevante y es no magnético.

3 - Pedazo corto de varilla de sección transversal circular.

Color gris oscuro, textura lisa sin relieves, de densidad relevante y es no magnético.

4 - Pedazo corto de barra de sección transversal cuadrada.

Color marrón oscuro, textura rugosa sin relieves, de densidad relevante y es no magnético.

5 – Perno corto de cabeza hexagonal

Color marrón oscuro, textura rugosa con relieves, de densidad relevante y es no magnético. Color gris oscuro, textura rugosa con relieves, de densidad relevante y si es magnético. Con manchas de color gris claro y oscuro, textura lisa, de baja densidad y es no magnético. Color gris, textura lisa sin relieves, de baja densidad y sí es magnético

6 – Perno corto de cabeza hexagonal

7 – Retazo de una lámina delgada

8 - Placa delgada rectangular pequeña

Grupo al cual pertenece Acero

Acero

Acero

Acero

Acero

Acero

Acero

Acero

9 – Cinta metálica delgada larga

Color gris, textura lisa sin relieves, de baja densidad y es no magnético

Acero

10 - Tubo hueco delgado

Color gris oscuro, textura lisa sin relieves, de baja densidad y es no magnético

Acero

11 - Placa delgada cuasi-cuadrada

Color gris, textura lisa sin relieves, de baja densidad y es no magnético

Acero

Características de la chispa

Material

Color: Amarillo Tamaño: Mediana Forma: Estrella Cantidad: Moderada Color: Amarillo Tamaño: Cortas Forma: lineal Cantidad: Moderada Color: Amarillo Tamaño: Mediana Forma: lineal Cantidad: Moderado Color: Amarilla Tamaño: Mediano Forma: lineal Cantidad: Moderada Color: Amarillo Tamaño: Mediano Forma: Estrellado Cantidad: Moderado Color: Amarillo Tamaño: Mediano Forma: Estrella Cantidad: Moderada Color: Amarillo Tamaño: Largas Forma: Ramillete Cantidad: Muchas Color: amarillo claro Tamaño: largas Forma: lineales Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: estrellas Cantidad: moderada Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: lineales Cantidad: pocas Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: lineales

Acero medio en carbono (0.20%-0.45%)

Acero en bajo carbono < 0.20%

Acero en bajo carbono < 0.20% Acero medio en carbono (0.20%-0.45%)

Acero en alto carbono > 0.45%


Acero galvanizado

Acero rápido

Acero inoxidable austenítico

Acero al carbono

Acero al carbono





13 - Placa delgada rectangular 14 - Hoja de cuchillo

Color gris claro, textura lisa sin relieves, de baja densidad y es no magnético Color gris, textura lisa con bajo relieve en el borde, de baja densidad y es no magnético

Aluminio

Acero

15 – Destornillador plano sin mango

Color gris tenue, textura lisa sin relieves, de baja densidad y sí es magnético

Acero

16 – Broca de taladro de sección transversal circular gruesa 17 – Retazo de la punta de un machete.

Color gris bastante oscuro, con textura lisa sin relieve y no es magnético.

Acero

18 - Broca de taladro de sección transversal circular delgada 19 - Broca de taladro de sección transversal circular delgada

Color gris bastante oscuro, con textura lisa sin relieve y no es magnético.

20 – Perno mediano de sección transversal circular delgada 21 – Hoja de segueta

Color gris claro, textura ligeramente rugosa sin relieves, de densidad relevante y no es magnético. Color gris oscuro, textura lisa sin relieves, de baja densidad y no es magnético.

22 - Varilla delgada pequeña

Color gris, diámetro pequeño, de baja densidad, textura lisa, no magnético.

Acero

Color chocolate oscuro, textura rugosa con oxidación, alta densidad, magnético.

Acero

Color chocolate oscuro, textura con relieves, baja densidad, magnético.

Acero

23 - Barra rectangular

24 - Eje pequeño

Color gris, de textura lisa, con relieve y sí es magnético

Color gris oscuro, textura ligeramente rugosa sin relieves, de alta densidad y no es magnético.

Acero

Acero

Acero

Acero

Acero

No presentó chispa Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: estrellas Cantidad: moderadas Color: amarillo Tamaño: moderadas Forma: estrellas Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: medianas Forma: ramillete Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: medianas Forma: lineales Cantidad: muchas Color: Amarillo Tamaño: medianas Forma: ramilletes Cantidad: muchas Color: amarillo naranja Tamaño: cortas Forma: lineales Cantidad: moderadas Color: amarillo Tamaño: largas Forma: estrellas Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: lineales Cantidad: moderadas Color: amarillo Tamaño: largas Forma: lineales Cantidad: pocas Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: ramilletes y estrellas Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: medianas Forma: lineales con algunas estrellas

Aluminio

Acero inoxidable austenítico

Acero inoxidable martensítico

Acero de fundición gris


Acero rápido en alto carbono > 0.45%

Acero rápido con bajo contenido de carbono < 0.20%

Acero en alto carbono > 0.45% Acero rápido con bajo contenido de carbono < 0.20%

Acero para herramientas aleado W

Acero de alto carbono

Acero para trabajo en caliente, alta aleación





26 - Pieza de acero para verja

Color chocolate oscuro, con cierto relieve, de densidad media, magnético.

27 - Perno pequeño

Color chocolate, cuerpo roscado y cabeza hexagonal, textura lisa con oxidación, magnético.

28 - Perno pequeño

29 - Clavo de acero

30 - Clavo de hierro

31 - Placa pequeña

32 - Barra rectangular 33 - Barra rectangular

34 - Eje pequeño

35 - Remache de acero

36 - Imán

37 - Clavo

Acero

Acero

Color chocolate, cuerpo roscado y cabeza hexagonal, textura lisa, magnético.

Acero

Color chocolate, textura rugosa, baja densidad, magnético.

Acero

Color chocolate, textura más o menos lisa, baja densidad, magnético.

Acero

Color gris, textura lisa, media densidad, no magnético.

Color negruzco con partes verdosas, textura lisa, alta densidad, no magnético. Color rojizo, textura lisa, alta densidad, no magnético.

Color gris, textura lisa, media densidad, no magnético.

Color oscuro, cuerpo con textura media lisa y cabeza hexagonal, media densidad, magnético. Color negro tenue, textura lisa sin relieves, de baja densidad y sí es magnético

Color gris claro, textura lisa sin relieves, de baja densidad y sí

Acero

Plomo

Cobre

Acero

Acero

Hierro

Hierro

Color: rojizo Tamaño: muy cortas Forma: ramilletes Cantidad: pocas Color: amarillo Tamaño: largas Forma: ramillete con algunas estrellas Cantidad: pocas Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: estrellas Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: estrellas Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: largas Forma: ramilletes Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: ramilletes Cantidad: pocas No se presentó chispa Color: amarillo Tamaño: cortas Forma: ramilletes Cantidad: pocas Color: amarillo Tamaño: largas Forma: ramillete con algunas estrellas Cantidad: muchas Color: amarillo Tamaño: largas Forma: ramilletes Cantidad: muchas Color: naranjaamarillado Tamaño: cortas Forma: ramilletes Cantidad: mínima Color: amarillo claro Tamaño: largas

Acero para herramientas, templado, aleado con cromo

Acero endurecido

Acero templado y revenido

Acero al carbono para herramientas

Acero endurecido

Acero inoxidable

Aleación de plomo

Aleación de cobre

Acero al carbono para herramientas

Acero para trabajo en caliente, alta aleación

Metal ferromagnético

Hierro







39 - Pesas para llantas de automóvil

40 - Cadena pequeña

41 - Lima

Color gris oscuro, textura ligeramente rugosa sin relieves, de alta densidad y no es magnético Color gris, textura lisa sin relieves, de baja densidad y sí es magnético

Plomo

Acero

Color marrón oscuro, textura ligeramente rugosa sin relieves, de ligera densidad y no es magnético

Acero

No presentó chispa

No se apreció la chispa debido a que la muestra de la pieza era muy pequeña Color: amarillo Tamaño: largas Forma: lineales Cantidad: moderadas

Plomo

Acero inoxidable ferrítico

Acero bajo en carbono

Imágenes de las pruebas realizadas a las distintas piezas

Pieza 1

Pieza 2

Pieza 3

Pieza 4

Pieza 5

Pieza 6





Pieza 10

Pieza 13

Pieza 16

Pieza 11

Pieza 14

Pieza 17

Pieza 12

Pieza 15

Pieza 18





Pieza 25

Pieza 26

Pieza 27

Pieza 28

Pieza29

Pieza 30

Pieza 31

Pieza 32

Pieza 33





Pieza #37

Pieza #40

Pieza #38

Pieza #39

Pieza #41

4. Referencias bibliográficas CIENCIA DE LOS MATERIALES, Identificación de materiales. [Online]. Universidad Don Bosco, San Salvador. ˂http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/mecanica ia/mecanica -ingenieria/ciencia-de-los-materiales/2012/ii/guiaDisponible en: ˂http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/gu

1.pdf˃. Acceso en: 26 sept. 2013. SAAVEDRA, A. 2010. “Identificación de metales por prueba de chispa”. [ Online]. Santo Domingo. Disponible en: ˂http://www.alexandersaavedra.com/2010/06/identificacion-de-metales-por-prueba- de.html˃. Acceso en: 26 sept. 2013.

Prueba de la chispa

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