Diseño y prototipado de una máquina instrumentada de ensayo de flexión tomando como referencia la norma ASTM D790

Abstract

[Resumen] Este Trabajo de Fin de Máster presenta el diseño y construcción de una máquina de ensayo de flexión de tres puntos de bajo costo, instrumentada mediante celdas de carga y un sensor láser en posición estacionaria para la medición simultánea de la fuerza y la deflexión, respectivamente. El sistema utiliza principalmente una placa Arduino Uno para la adquisición y el procesamiento de datos experimentales durante el desarrollo de los ensayos de flexión. Las probetas analizadas fueron fabricadas siguiendo las dimensiones y las características geométricas establecidas en la norma ASTM D790 para la caracterización mecánica de los materiales poliméricos. La estructura mecánica de la máquina fue diseñada para garantizar una buena estabilidad y repetibilidad durante las pruebas, incorporando un sistema manual de aplicación de carga y sensores electrónicos para el registro de datos en tiempo real. La fuerza aplicada sobre las probetas fue medida mediante celdas de carga conectadas al módulo amplificador HX711, mientras que la deflexión central fue obtenida mediante el uso de un sensor láser VL6180X, sin contacto físico con la superficie. Los datos adquiridos fueron procesados y almacenados utilizando Arduino Uno y una interfaz serie conectada a un computador. Los resultados experimentales permitieron obtener curvas fuerza-deflexión y determinar parámetros mecánicos como el módulo de flexión, la fuerza máxima y la deflexión máxima. Los resultados obtenidos muestran que el sistema desarrollado constituye una alternativa funcional y económica frente a las máquinas comerciales de ensayo existentes en el mercado, siendo adecuado para aplicaciones académicas, de investigación y en laboratorios de enseñanza.[Resumo] Este Traballo de Fin de Mestrado presenta o deseño e construción dunha máquina de ensaio de flexión de tres puntos de baixo custo, instrumentada mediante células de carga e un sensor láser en posición fixa para a medición simultánea da forza e da deflexión, respectivamente. O sistema utiliza principalmente unha placa Arduino Uno para a adquisición e o procesamento dos datos experimentais durante o desenvolvemento dos ensaios de flexión. As probetas analizadas foron fabricadas seguindo as dimensións e as características xeométricas establecidas na norma ASTM D790 para a caracterización mecánica dos materiais poliméricos. A estrutura mecánica da máquina foi deseñada para garantir unha boa estabilidade e repetibilidade durante os ensaios, incorporando nela un sistema de aplicación manual de carga e sensores electrónicos para o rexistro de datos en tempo real. A forza aplicada sobre as probetas foi medida mediante células de carga conectadas ao módulo amplificador HX711, mentres que a deflexión central foi obtida mediante o uso dun sensor láser VL6180X, sen contacto físico coa superficie. Os datos adquiridos foron procesados e almacenados mediante Arduino Uno e unha interface serie conectada a un computador. Os resultados experimentais permitiron obter curvas forza-deflexión e determinar parámetros mecánicos como o módulo de flexión, a forza máxima e a deflexión máxima. Os resultados obtidos mostran que o sistema desenvolvido constitúe unha alternativa funcional e económica fronte ás máquinas comerciais de ensaio existentes no mercado, sendo adecuado para aplicacións académicas, de investigación e en laboratorios de ensino.[Abstract] This Master's Thesis presents the design and construction of a low-cost three-point bending testing machine, instrumented with load cells and a stationary laser sensor for the simultaneous measurement of force and deflection, respectively. The system mainly uses an Arduino Uno board for the acquisition and processing of experimental data during the bending tests. The specimens analyzed were manufactured according to the dimensions and geometric characteristics established in the ASTM D790 standard for the mechanical characterization of polymeric materials. The mechanical structure of the machine was designed to ensure good stability and repeatability during testing, incorporating a manual load application system and electronic sensors for real-time data recording. The force applied to the specimens was measured using load cells connected to an HX711 amplifier module, while the central deflection was obtained using a VL6180X laser sensor, without physical contact with the surface. The acquired data were processed and stored using an Arduino Uno and a serial interface connected to a computer. The experimental results made it possible to obtain force-deflection curves and determine mechanical parameters such as the flexural modulus, maximum force, and maximum deflection. The results obtained show that the developed system constitutes a functional and economical alternative to commercial testing machines currently available on the market, making it suitable for academic, research, and teaching laboratory applications.