Proyecto de recuperación y actualización del sistema de medición de la máquina universal de ensayos mecánicos Losenhausenwerk UHP-40 (Alemania 1952)

Abstract

En el siguiente trabajo se informa y documenta el proyecto de recuperación y actualización del sistema de medición de una máquina universal de ensayos mecánicos Losenhausenwerk modelo UHP-40 que se encuentra instalada en el laboratorio de tecnología mecánica (LTMEC) de la Universidad Técnica Federico Santa María, campus casa central. Dicho equipo fue fabricado en Alemania el año 1952 por la empresa Losenhausenwerk y actualmente es utilizado para realizar ensayos mecánicos de tracción, flexión y cizalle con fines docentes. Para el proceso de recuperación se analizaron todos los sistemas que permiten el funcionamiento del equipo y se evaluó la viabilidad del funcionamiento de los componentes mecánicos en su estado inicial. A su vez, se desarrolló un análisis de aceite con el objetivo de identificar la viscosidad del lubricante presente en la unidad oleohidráulica junto con un catastro de las partículas contaminantes que este presentaba. Además, dentro del proceso de recuperación se llevaron a cabo tareas tales como: cambio de aceite, reparación de fugas y cambio de correa del sistema de potencia de la unidad oleohidráulica. Paralelamente se desarrollaron tareas pertenecientes al proceso de actualización del sistema de medición, el cual en su estado inicial se encontraba funcional, pero solo era utilizado para la medición de carga mediante la lectura análoga del reloj presente en el equipo. Dentro de este proceso se determinó el uso de un transductor de presión MPI modelo MHP, el cual, mediante un módulo acondicionador de señal ICP modelo SG 3016 entrega una lectura de variación de voltaje en función de la presión dentro del sistema oleohidráulico del equipo. Dicha señal de voltaje se relacionó con la carga realizada por el pistón de trabajo de la máquina mediante un proceso de calibración de carga en función del voltaje empleando una celda de carga adicional sometida a cargas de compresión. También se determinó el uso de un transductor de desplazamiento LVDT (transformador diferencial de variación lineal), el cual, mediante un módulo acondicionador de señal Macro Sensors modelo LVC, entrega una señal de voltaje en función del desplazamiento del pistón de trabajo de la máquina. Esta señal de voltaje se relacionó mediante un proceso de calibración de desplazamiento en función del voltaje empleando un micrómetro de calibración. Las señales de voltaje obtenidas fueron adquiridas por una placa de Arduino UNO y comunicadas por puerto USB a un computador para ser recepcionadas e interpretadas por el software Labview, en el cual se programó una interfaz gráfica que permite obtener una gráfica de carga [kg] en función del desplazamiento [mm], además dicha interfaz permite generar un archivo Excel con los datos de medición para un análisis posterior. En cuanto a los resultados obtenidos, se contrastaron los parámetros medidos en la máquina Losenhausenwerk respecto a los parámetros medidos por una máquina de tracción calibrada marca INSTRON disponible en el LTMEC mediante la realización de un ensayo de tracción en una probeta de material SAE 4140 en cada equipo. De este contraste de información se obtuvo una diferencia porcentual de 2.2% para el esfuerzo máximo en tracción. Este valor evidencia que el sistema de medición actualizado de la máquina Losenhausenwerk es confiable para realizar ensayos mecánicos en materiales con fines docentes. This paper reports and documents the recovery and updating process of the measurement system of a Losenhausenwerk UHP-40 universal testing machine, which is installed in the mechanical technology laboratory (LTMEC) of the Universidad Técnica Federico Santa María, main campus. This equipment was manufactured in Germany in 1952 by Losenhausenwerk and is currently used for tensile, bending, and shear mechanical tests for educational purposes. For the recovery process, all systems that enable the equipment's operation were analyzed, and the feasibility of the mechanical components' operation in their initial state was evaluated. An oil analysis was also conducted to identify the viscosity of the lubricant present in the hydraulic unit, along with an inventory of the contaminant particles it contained. Additionally, tasks such as oil change, leak repair, and power system belt replacement were carried out as part of the recovery process. Parallel to this, tasks related to the measurement system update were performed. Initially, the system was functional but was only used for load measurement via the analog reading of the clock on the equipment. During this process, the use of an MPI MHP model pressure transducer was determined, which, through an ICP SG 3016 signal conditioning module, provides a voltage variation reading based on the pressure within the hydraulic system of the equipment. This voltage signal was correlated with the load exerted by the machine's working piston through a load calibration process using an additional load cell subjected to compression loads. The use of an LVDT (linear variable differential transformer) displacement transducer was also determined, which, through a Macro Sensors LVC signal conditioning module, provides a voltage signal based on the displacement of the machine's working piston. This voltage signal was correlated through a displacement calibration process using a calibration micrometer. The obtained voltage signals were acquired by an Arduino UNO board and communicated via USB to a computer for reception and interpretation by LabVIEW software, where a graphical interface was programmed to obtain a load [kg] vs. displacement [mm] graph. Additionally, this interface allows generating an Excel file with the measurement data for further analysis. Regarding the results obtained, the measured parameters of the Losenhausenwerk machine were compared with the parameters measured by a calibrated INSTRON tensile machine available at LTMEC through a tensile test of an SAE 4140 material specimen on each machine. This comparison showed a percentage difference of 2.2% for the maximum tensile stress, indicating that the updated measurement system of the LOS machine is reliable for conducting mechanical tests on materials for educational purposes.