Tensión vs. deformación: todo lo que necesita saber

La tensión y la deformación son dos términos que son diferentes y están relacionados al mismo tiempo. Es crucial comprender su relación para poder seleccionar el material adecuado para las distintas aplicaciones pertinentes.

El siguiente artículo explora las diferencias entre los términos tensión vs. deformación y su importancia en la selección de materiales y en el diseño de la disposición. Así que, sigamos leyendo.

¿Qué es la tensión?

La tensión es la fuerza por unidad de área que actúa sobre un material determinado. También define la forma en que los materiales reaccionan cuando están sometidos a ciertas condiciones de carga. Dentro de un objeto se producen distintos tipos de tensión.

Tipos de tensión

Las dos formas de tensión más comunes son las siguientes:

Tensión de tracción

La tensión de tracción se produce cuando un objeto es estirado, ya que provoca un aumento de su longitud. Por ejemplo, cuando una barra es tirada o un alambre es estirado por fuerzas en dirección opuesta desde ambos extremos, se alarga hacia fuera.

Tensión de compresión

La tensión de compresión se produce cuando el objeto es empujado y su longitud disminuye. Por ejemplo, cuando una barra o un alambre es comprimido al ser empujado desde los dos extremos por fuerzas opuestas e iguales.

Cómo funciona la tensión en los materiales

La tensión en un material se genera cuando este se somete a una fuerza deformante. Se crea una fuerza aplicada, y esta puede dar lugar a una deformación elástica, que es reversible, o a una deformación permanente.

Los átomos del material resisten las fuerzas externas debido a los enlaces presentes, lo que genera una fuerza de reacción opuesta.

En el caso de una fuerza de tracción simple, incluso cuando un material es estirado desde un extremo, la reacción se observa en forma de tensión en las dos dimensiones. Por lo tanto, se alarga en una dirección y se contrae en otra.

Cómo se mide la tensión de los materiales

No es posible medir la tensión directamente, por lo que se miden las deformaciones y las fuerzas aplicadas. Para medir la deformación, es muy importante comprender la relación entre la deformación y la fuerza.

Existen distintos métodos aplicables a la medición de la deformación, que puede realizarse mediante galgas extensométricas, células de carga, fotoelasticidad y ensayos por ultrasonidos.

Una vez que conoce la magnitud de la fuerza, puede utilizar la ecuación de la tensión para calcularla. La ecuación es σ=F/A.

El análisis de la tensión afecta a las fuerzas que un objeto puede soportar. Es muy importante identificarlas para poder seleccionar el material en consecuencia.

¿Qué es la deformación?

La deformación mide el cambio dimensional del material que se produce bajo la influencia de una fuerza externa. También considera el nivel de deformación que se produce en un material sometido a tensión.

La deformación es la medida del cambio de longitud de un material respecto a su dimensión original y es una cantidad adimensional.

Tipos de deformación

Deformación de tracción

La deformación de tracción se produce cuando un material se alarga o se estira.

Deformación de compresión

La deformación de compresión se produce cuando el material se acorta o se comprime.

Cómo funciona la deformación en los materiales

Al aplicar una fuerza externa, el material se deforma, y esa deformación es la deformación unitaria. El comportamiento o la deformación del material bajo tensión depende de muchos factores, como el tipo de material, la composición, la dirección y la magnitud.

Hay tres formas en que los materiales pueden deformarse cuando se someten a tensión; son las siguientes:

• La deformación elástica se produce cuando un material se deforma al ser sometido a tensión, pero recupera su forma original cuando se libera la tensión.
• La deformación plástica es una deformación permanente, y cuando la forma de un material se altera bajo tensión, no se recupera.
• La fractura se produce cuando la tensión aplicada es mayor que la resistencia del material, lo que provoca un fallo o una rotura.

Cómo se mide la deformación de los materiales

Existen muchos métodos para medir la deformación, y los más populares son los extensómetros y las galgas extensométricas.

Ambos son métodos direccionales y, aparte de estos, otros métodos son los sensores piezoeléctricos y la correlación de imágenes digitales.

Ejemplos de tensión frente a deformación de distintos materiales

Cada material reacciona de forma distinta a la tensión y la deformación, y esta sección destaca la respuesta de los metales y los polímeros:

Metales

Algunos metales dúctiles como el acero inoxidable y otras aleaciones tienden a deformarse bajo tensión. Mientras tanto, los metales frágiles, como el acero de alto carbono, se fracturan incluso con una deformación mínima.

Por su parte, el acero de bajo carbono se dobla al someterse a tensión hasta alcanzar el límite elástico; se deforma y experimenta endurecimiento por deformación.

Polímeros

El comportamiento de la tensión y la deformación en los polímeros es muy diverso. Un polímero frágil se deforma elásticamente, mientras que, si se estira más, puede producirse una fractura. Este punto representa la resistencia a la tracción en forma de valor de tensión.

Algunos elastómeros, como el caucho, pueden recuperar su estado original tras someterse a tensión y, si se estiran hasta el punto de fractura, se rompen.

Cómo se relacionan la tensión y la deformación

La tensión y la deformación están asociadas entre sí, de modo que una causa la otra. El módulo de Young describe cómo se relacionan la tensión y la deformación.

El modelo elástico se refiere a la tensión aplicada a un material, que da lugar a una deformación, y esta relación también se describe mediante la ley de Hooke. Según esta ley, la tensión y la deformación son directamente proporcionales entre sí, siempre que el material presente elasticidad.

Esta relación se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

La curva tensión-deformación

La relación entre tensión y deformación incluye algunos términos importantes que forman parte de la curva tensión-deformación, y son los siguientes:

La región elástica

Las regiones elásticas son las regiones de deformación y, en esa misma región, los materiales recuperan su forma original cuando se elimina la tensión.

Límite elástico

Describe el punto de deformación del material. La tensión presente en este punto se denomina resistencia a la fluencia.

La región plástica

La región plástica es aquella que comienza después del límite elástico, y la deformación que se produce en esta región es permanente.

Resistencia máxima a la tracción

La resistencia máxima a la tracción es el límite máximo de tensión que soporta el material. Este punto de la curva puede observarse donde comienza a producirse el estriccionamiento.

Estriccionamiento

El estriccionamiento es la región de la curva tensión-deformación que presenta una mayor deformación.

Fractura

En este punto, el material tiende a fracturarse.

Conclusión

La guía anterior destaca una diferencia detallada entre tensión y deformación y cómo se relacionan ambas. Si desea fabricar componentes con alta precisión y sin deformación, puede ponerse en contacto con nosotros en DEK.

Comprendemos el principio de tensión y deformación; por ello, elegiremos el material adecuado con el proceso adecuado para las aplicaciones que requiera.