Máquinas universales de ensayo (FSA, ZPM)

Las máquinas universales de ensayo, conocidas también como Universal Testing Machines (UTM), son equipos de laboratorio sofisticados para realizar ensayos de materiales completos: tracción, compresión, flexión, cizalladura, cizalladura interlaminar, fatiga estática, fluencia y relajación. Las siglas FSA (Floor-Standing Apparatus) y ZPM (Zero-Point Machine) identifican configuraciones de gama alta empleadas en I&D y en laboratorios acreditados. Se caracterizan por la rigidez superior del bastidor, la exactitud metrológica de la célula de carga (clases 0,5 y 1 según la ISO 7500-1) y la precisión del sistema de medición del desplazamiento (extensómetros de contacto, videoextensómetros, sistemas DIC).

Configuraciones

Las UTM se ofrecen en varias configuraciones: de columna simple (cargas de hasta 5 kN); de doble columna vertical (la más extendida, hasta 100 kN); de pórtico (para cargas superiores, hasta 600 kN o más); horizontales (para probetas largas como cables y cuerdas); biaxiales (para ensayos combinados de tracción y torsión sobre tubos y componentes). Un bastidor de gran rigidez es esencial para reducir al mínimo la deformación elástica de la máquina bajo carga, que se suma a la de la probeta e introduce errores en la curva fuerza-desplazamiento. Las ZPM de gama alta alcanzan rigideces de cientos de kN/mm y garantizan una exactitud superior.

Sistemas de medición

La exactitud de una UTM depende de la célula de carga (extensométrica, de clase 0,5 o 1 según la ISO 7500-1: error de ±0,5 % o ±1 % sobre la fuerza leída, a partir del 2 % del fondo de escala) y del sistema de medición de la deformación. Los extensómetros de contacto (clip-on) miden el alargamiento de una porción de la probeta con exactitudes del 0,5 % F.E.; los videoextensómetros siguen marcadores aplicados a la probeta mediante cámaras y algoritmos de seguimiento; los sistemas DIC (Digital Image Correlation) captan todo el campo de deformación 2D o 3D mediante un moteado estocástico aplicado sobre la superficie de la probeta, y proporcionan mapas de deformación, campos de deformación y deformaciones locales.

Ensayos de materiales

Las UTM realizan ensayos conformes a las normas principales: tracción de metales (ISO 6892-1 a temperatura ambiente, ISO 6892-2 a alta temperatura, ISO 6892-3 a baja temperatura); tracción de plásticos (ISO 527-1/2); tracción de composites (ISO 527-4/5); compresión de metales (ASTM E9); flexión de plásticos (ISO 178); flexión de metales; tracción de tejidos (ISO 13934); tracción de caucho (ISO 37); arranque de adhesivos y recubrimientos; resistencia del sellado en envases; resistencia a la flexión de envases; ensayos de impacto sobre componentes de automoción (a velocidades bajas y medias).

Mordazas y accesorios especiales

Los accesorios imprescindibles son: mordazas mecánicas para probetas metálicas (de cuña, hidráulicas, neumáticas), mordazas para plásticos y tejidos (manuales, neumáticas, de tornillo), apoyos para ensayos de flexión (a tres o cuatro puntos con distancia entre apoyos regulable), platos de compresión paralelos, sistemas de centrado, dispositivos antigiro y pinzas especiales. Para aplicaciones avanzadas: cámaras climáticas para ensayos a temperatura controlada (-70 / +250 °C), cámaras húmedas, sistemas de refrigeración con nitrógeno líquido y cubas de ensayo en agua para simulaciones ambientales.

Software y análisis

El software de una UTM gestiona: programas de ensayo normalizados conformes a las normas, la adquisición de curvas fuerza-desplazamiento y fuerza-deformación, el cálculo automático de los parámetros (carga máxima, límite elástico, módulo elástico, alargamiento a la rotura, energía, tenacidad, etc.), la comparación con las especificaciones de aceptación, las estadísticas por lote, la generación de informes de ensayo formales, el archivo trazable y la integración con los LIMS. Las funciones avanzadas incluyen el análisis de fatiga, los ensayos cíclicos, la simulación de perfiles de carga complejos y la sincronización con sistemas DIC externos.

Normas y calibración

Las UTM se rigen por la ISO 7500-1 para la verificación metrológica (parte 1 máquinas estáticas, parte 2 cíclicas), con clases de exactitud 0,5, 1, 2 y 3 según el error sobre la fuerza medida. La calibración periódica emplea células de carga patrón de gama alta calibradas según la ISO 376 y con trazabilidad a los patrones primarios nacionales. La verificación de la ortogonalidad de los ejes, de la alineación de las mordazas y de la rigidez de la máquina forma parte integrante de la cualificación.