Máquina universal de ensayos: qué es, cómo funciona y tipos

La máquina universal de ensayos (MUE o UTM) es un equipo de laboratorio, electromecánico o servohidráulico, que aplica una fuerza controlada de tracción, compresión o flexión a una probeta y mide la fuerza y la deformación para obtener la resistencia, el límite de fluencia, el alargamiento y el módulo de elasticidad. La misma estructura realiza varios ensayos distintos con solo cambiar las mordazas y los dispositivos, y por eso se llama "universal".

En el mercado también se le conoce como máquina universal de pruebas, máquina de ensayo de tracción (máquina para pruebas de tensión) o máquina de tracción y compresión; en inglés, universal testing machine. Es el equipo que el control de calidad de la industria siderúrgica y de la construcción usa para aprobar el acero, el que el desarrollo de polímeros, textiles, empaques y dispositivos médicos usa para caracterizar materiales, y el que los laboratorios de enseñanza e investigación usan en las clases de ensayos mecánicos. Si busca el equipo solo para tracción, encontrará la comparación de tipos, la ficha técnica y la lista de verificación de compra en el artículo sobre la máquina de ensayo de tracción. Esta guía explica qué es, cómo funciona, de qué está hecha, cuáles son sus tipos, qué hace y qué no hace, dónde se usa, qué normas se aplican, cómo se calibra y cómo elegir el modelo correcto, con ejemplos resueltos.

No debe confundirse con la máquina universal de Turing, modelo teórico de las ciencias de la computación propuesto por Alan Turing en 1936, que no tiene relación con los ensayos de materiales.

¿Qué es una máquina universal de ensayos?

Una máquina universal de ensayos es un marco de carga rígido con un travesaño móvil, una celda de carga que mide la fuerza y un controlador que regula la velocidad y registra los datos, al que se acoplan mordazas o dispositivos según el ensayo. Determina cómo responde un material o producto a una fuerza creciente: cuánto resiste, cuánto se deforma y en qué punto deja de recuperar su forma original o se rompe.

La diferencia con un equipo dedicado está en el accesorio. Una prensa para concreto solo comprime y un dinamómetro de resorte solo indica fuerza; la máquina universal realiza ensayos de tracción, compresión, flexión, corte, doblado y otros ensayos estáticos en el mismo marco, mide fuerza y deformación al mismo tiempo y entrega la curva completa del ensayo.

¿Por qué se llama "universal"?

El nombre viene del origen de la máquina. El 1 de junio de 1880, Tinius Olsen, de Filadelfia, recibió la patente estadounidense US 228,214 por una máquina de ensayo, bautizada como Little Giant, que realizaba ensayos de tracción, flexión y compresión en un solo marco. Según la historia de la propia empresa que él fundó, hasta entonces cada uno de esos ensayos solía requerir una máquina distinta. Desde entonces, "universal" designa a la máquina que cambia de ensayo cambiando el accesorio, y no a la que realiza todos los ensayos mecánicos: la dureza, el impacto y la torsión siguen requiriendo equipos propios.

Resumen: los principales ensayos en la máquina universal

La siguiente tabla resume los ensayos más comunes, lo que mide cada uno, el accesorio utilizado y una norma de referencia típica. La lista completa, con los demás ensayos, aparece más adelante.

Ensayo	Qué mide	Dispositivo	Norma típica
Tracción	Resistencia a la tracción, fluencia, alargamiento, módulo	Mordazas de cuña o neumáticas	ISO 6892-1 (metales; ABNT NBR ISO 6892-1 en Brasil)
Compresión	Resistencia y módulo de compresión	Platos de compresión	ASTM D695 (plásticos)
Flexión	Resistencia y módulo de flexión	Dispositivo de 3 o 4 puntos	ASTM D790 (plásticos)
Doblado	Ductilidad sin agrietamiento	Mandril y apoyos de doblado	ISO 7438 (metales; ABNT NBR ISO 7438 en Brasil)
Corte (cizallamiento)	Resistencia al corte	Dispositivo de corte	Norma del material o de la unión

La familia de máquinas de la siguiente figura muestra el rango que puede cubrir una misma línea, desde la portátil de 200 N, para películas e hilos, hasta la de piso de 1,000 kN, para varillas corrugadas de gran diámetro.

¿Cómo funciona la máquina universal de ensayos?

La máquina universal funciona desplazando un travesaño a velocidad controlada mientras mide, al mismo tiempo, la fuerza aplicada y la deformación de la probeta. La probeta se sujeta entre dos mordazas: una va en el travesaño fijo y la otra en el travesaño móvil. Un motor desplaza el travesaño móvil a una velocidad programada, separando las mordazas en el ensayo de tracción o acercando los platos en el de compresión. Mientras tanto, se registran continuamente tres mediciones:

• Fuerza, medida por la celda de carga, en newtons (N) o kilonewtons (kN).
• Desplazamiento del travesaño, medido por un encoder o sensor de posición, en milímetros.
• Deformación de la probeta, medida directamente sobre la muestra con un extensómetro, cuando el ensayo exige precisión en la deformación.

El software convierte la fuerza en esfuerzo (fuerza dividida entre el área de la sección transversal) y el alargamiento en deformación unitaria (variación de longitud dividida entre la longitud inicial), traza la curva esfuerzo × deformación y obtiene de ella los resultados que pide la norma. El ensayo termina cuando la probeta se rompe, cuando la fuerza cae por debajo de un límite programado o cuando se alcanza el desplazamiento definido.

En resumen, el principio es: la máquina universal impone una deformación controlada y mide cuánto resiste el material a ella.

¿Cuáles son los componentes de la máquina universal de ensayos?

Una máquina universal de ensayos está formada por la estructura, el accionamiento, el sistema de medición (celda de carga y extensómetro), las mordazas y dispositivos, el controlador con software y los dispositivos de seguridad, y varias de esas partes son intercambiables según el ensayo. Estos son los componentes y la función de cada uno:

Componente	Función
Estructura (una o dos columnas)	Soporta las cargas del ensayo sin deformarse. La rigidez de la estructura es lo que permite medir el material, y no la máquina.
Travesaño fijo y travesaño móvil	Sujetan las mordazas. El travesaño móvil se desplaza para aplicar la fuerza.
Accionamiento	En las electromecánicas, servomotor y husillos de bolas recirculantes. En las hidráulicas, bomba, válvula y cilindro.
Celda de carga	Transductor que convierte la fuerza en señal eléctrica. Es la que mide el ensayo; suele ser intercambiable, para adecuar el rango de medición a la carga esperada.
Mordazas y dispositivos	Sujetan la probeta (mordazas de cuña, neumáticas, de palanca, de rodillos) o aplican la carga (platos de compresión, dispositivos de flexión, corte, doblado).
Extensómetro	Mide la deformación directamente en la probeta. Es obligatorio cuando se determina el módulo de elasticidad o el límite de fluencia convencional.
Controlador y software	Controlan la velocidad, la posición y la fuerza; adquieren los datos, calculan los resultados y generan el reporte. En las máquinas Biopdi, es el software BioLab.
Dispositivos de seguridad	Fin de carrera, botón de paro de emergencia y protecciones, conforme a la NR-12 (la norma reglamentaria brasileña de seguridad en máquinas).
Acondicionamiento (opcional)	Cámara térmica o sala climatizada, cuando la norma exige ensayar a temperatura o humedad controladas.

La Figura 1 muestra dónde se ubica cada componente en una máquina de doble columna: los travesaños y las columnas forman el marco de carga, la celda de carga va justo debajo del travesaño móvil, antes de la fijación de la mordaza superior, y el panel de control, con el botón de paro de emergencia, está en la base.

Por qué importa el extensómetro

El desplazamiento del travesaño no es la deformación de la probeta. Incluye la deformación de la propia estructura y de las mordazas, además de las holguras de sujeción, y por eso subestima la rigidez del material. Para un valor aproximado del alargamiento en la rotura, el desplazamiento del travesaño puede ser suficiente. Para el módulo de elasticidad y el límite de fluencia convencional (Rp0.2), la norma exige extensómetro. En metales, la ISO 6892-1 (ABNT NBR ISO 6892-1 en Brasil) pide un extensómetro de clase 1 o mejor, según la ISO 9513 (ABNT NBR ISO 9513 en Brasil), para la fluencia convencional, y de clase 0.5 cuando el ensayo determina el módulo de elasticidad. Para propiedades de gran deformación, como el alargamiento después de la rotura, acepta clase 2.

Ejemplo resuelto: por qué el módulo medido con el travesaño sale bajo

La máquina, las mordazas y la probeta se comportan como resortes en serie, y el travesaño mide la suma de las deformaciones de todos ellos. Considere una probeta de acero con E = 200 GPa, sección S₀ = 20 mm² y 50 mm de longitud libre entre mordazas, en un montaje cuya rigidez (estructura, mordazas y celda) sea de 50 kN/mm. Este valor de rigidez es hipotético, elegido solo para ilustrar el efecto:

• Rigidez de la probeta: k_cp = E · S₀ / L = 200,000 N/mm² × 20 mm² / 50 mm = 80,000 N/mm (80 kN/mm).
• Rigidez del conjunto en serie: 1 / k_total = 1/80 + 1/50, por lo tanto k_total ≈ 30.8 kN/mm.
• Módulo aparente calculado con el travesaño: 200 GPa × 30.8 / 80 ≈ 77 GPa.

El resultado queda cerca de 60% por debajo del módulo real del acero, sin ningún defecto en la máquina: es la física de la medición. Por eso el módulo de elasticidad se mide con un extensómetro fijado en la probeta, que solo registra la deformación del material.

¿Cuáles son los tipos de máquina universal de ensayos?

Los tipos de máquina universal de ensayos se definen por cuatro criterios independientes: el accionamiento (electromecánico, hidráulico o servohidráulico), el régimen de ensayo (estático o dinámico), la estructura (columna simple o doble) y la forma de instalación (portátil, de banco o de piso).

Electromecánica, hidráulica o servohidráulica

El accionamiento es la forma en que la máquina genera la fuerza, y define la precisión de control, la capacidad económicamente viable y el tipo de ensayo que la máquina puede realizar. La comparación entre las tres tecnologías:

	Electromecánica	Hidráulica	Servohidráulica
Cómo genera la fuerza	Servomotor y husillos de bolas	Bomba y cilindro hidráulico	Cilindro con servoválvula en lazo cerrado
Punto fuerte	Control fino de velocidad y posición; limpia y silenciosa	Capacidades muy altas con estructura compacta	Ensayos dinámicos y cíclicos de alta frecuencia
Limitación	El costo crece mucho por encima de unos 1,000 kN (100 tf)	Control de velocidad y posición menos preciso; aceite y mantenimiento	Inversión y mantenimiento más altos
Uso típico	Tracción, compresión, flexión y corte estáticos, desde el laboratorio de investigación hasta el control de calidad	Compresión y tracción de gran capacidad: concreto, varillas corrugadas de gran diámetro, cables	Fatiga y ensayos dinámicos

Para la gran mayoría de los ensayos estáticos hasta 1,000 kN, la electromecánica es la elección natural: tiene un control más preciso, no requiere aceite y exige menos mantenimiento. Por encima de esa capacidad, o cuando el ensayo es de fatiga de alta frecuencia, entran las hidráulicas y las servohidráulicas.

Ensayo estático o dinámico

El ensayo estático aplica la carga a velocidad constante hasta obtener el resultado deseado. Es el caso de la tracción, la compresión y la flexión convencionales, y es lo que hacen las máquinas universales electromecánicas. El ensayo dinámico, o de fatiga, aplica un esfuerzo o una deformación oscilatoria, generalmente senoidal, a lo largo de miles o millones de ciclos, para determinar después de cuántas repeticiones falla el material. Los ensayos cíclicos de baja frecuencia pueden hacerse en una máquina electromecánica; la fatiga de alto número de ciclos requiere una máquina dinámica.

Columna simple o doble columna

La estructura es el marco que reacciona a la fuerza del ensayo, y el número de columnas define hasta dónde la máquina mantiene la alineación bajo carga. Las diferencias prácticas:

	Columna simple	Doble columna
Capacidad típica	Hasta unos 10 kN (1,000 kgf)	Desde unos 5 kN hasta 1,000 kN o más
Probeta	Sección pequeña: películas, hilos, hules, espumas, papel, cintas, componentes pequeños	Metales normalizados, perfiles, uniones soldadas, compuestos, piezas de tamaño industrial
Ventaja	Compacta, ligera, fácil acceso al área de ensayo	Carga distribuida simétricamente; mantiene la alineación bajo cargas altas

En el rango donde ambas se traslapan, lo que decide es el tamaño de la probeta y la alineación: una carga alta en una estructura de columna simple tiende a flexionar la columna y a desalinear el ensayo.

La Figura 2 coloca las dos estructuras lado a lado, a la misma escala, para comparar el tamaño de la columna simple de 10 kN con la doble columna de 50 kN.

Portátil, de banco o de piso

• Portátil: lo bastante ligera para llevarla adonde debe hacerse el ensayo, como la línea de producción, el campo o el salón de clases.
• De banco (de mesa): se apoya sobre una mesa de laboratorio; cubre la mayor parte de las capacidades hasta algunos cientos de kN.
• De piso (autoportante): estructura propia apoyada en el suelo, necesaria en las capacidades mayores, que pesan de una a varias toneladas y requieren un piso dimensionado y, en general, alimentación trifásica.

La Figura 3 muestra las tres formas de instalación a la misma escala, desde la portátil de 1 kN hasta la de piso de 300 kN.

¿Máquina universal o prensa de compresión?

La prensa de compresión realiza un solo tipo de ensayo, la compresión, y es el equipo estándar para cilindros de concreto, mortero y bloques, donde la fuerza es alta y no hay tracción que medir. La máquina universal realiza tracción, compresión, flexión y los demás ensayos con la misma estructura. Si el laboratorio solo ensaya (rompe) cilindros de concreto, la prensa es la elección; si ensaya acero o polímeros, o necesita más de un tipo de ensayo, la máquina universal.

¿Qué ensayos hace la máquina universal?

La máquina universal hace los ensayos mecánicos estáticos en los que la fuerza aumenta a velocidad controlada: tracción, compresión, flexión, corte, doblado, embutición, arrancamiento y adherencia. Para pasar de uno a otro solo se cambia el dispositivo de sujeción o de aplicación de la carga:

Ensayo	Qué mide	Dispositivo
Tracción	Resistencia a la tracción, fluencia, alargamiento, estricción, módulo	Mordazas de cuña, neumáticas, de palanca o de rodillos
Compresión	Resistencia a la compresión, módulo, deformación	Platos de compresión
Flexión (3 y 4 puntos)	Resistencia a la flexión, módulo de flexión, flecha	Dispositivo de flexión con apoyos y cuchilla
Corte (cizallamiento)	Resistencia al corte de materiales, adhesivos y tornillos	Dispositivo de corte
Doblado	Ductilidad: si el material se dobla sin agrietarse	Dispositivo de doblado con cuchilla
Embutición (Erichsen)	Embutibilidad (aptitud al estampado) de láminas	Dispositivo de embutición con punzón
Arrancamiento (pull-out)	Fuerza para retirar un elemento fijado (inserto, tornillo, grapa)	Dispositivo de arrancamiento
Adherencia y pelado (peel)	Fuerza de adhesión de recubrimientos, cintas y adhesivos	Dispositivos de pelado (peel) y de ángulo variable

Lo que se ensaya en la máquina no es solo la probeta de ensayo maquinada según la norma: también se ensayan productos completos, como botellas, cuerdas y cables, como muestra la figura siguiente.

Lo que la máquina universal no hace

"Universal" no quiere decir todos los ensayos mecánicos. Algunos requieren un equipo propio:

• Dureza: durómetro (Rockwell, Brinell, Vickers, Shore).
• Impacto: péndulo Charpy o Izod.
• Torsión: máquina de ensayo de torsión.
• Fluencia lenta (creep) de larga duración: máquinas de creep, que mantienen la carga constante durante cientos o miles de horas sin ocupar la máquina universal.
• Fatiga de alto número de ciclos: máquinas dinámicas (servohidráulicas o electrodinámicas).

Para ver la clasificación completa de los ensayos (estáticos, dinámicos, de dureza y no destructivos), consulte la guía de tipos de ensayos mecánicos.

¿Dónde se usa la máquina universal de ensayos?

La máquina universal de ensayos se usa en toda actividad que necesita comprobar, con números y conforme a una norma, que un material o producto resiste el esfuerzo previsto: en el control de calidad industrial, en la aprobación de lotes, en el desarrollo de productos y en la enseñanza de la ingeniería. Estos son los sectores y materiales más comunes, con el rango de máquina que cada uno suele requerir:

Sector	Materiales y productos ensayados	Rango de fuerza usual
Siderurgia y metalurgia	Láminas, barras, tubos, uniones soldadas, tornillos y sujetadores	De 5 a 50 kN para láminas y sujetadores pequeños; cientos de kN para barras y perfiles
Construcción	Varillas corrugadas CA-50 y CA-60 (grados de la norma brasileña ABNT NBR 7480), mallas electrosoldadas, madera, geotextiles	De 50 a 600 kN, según el diámetro
Plásticos y hules	Probetas de plásticos, hules (cauchos), espumas, películas	De 200 N a 10 kN, muchas veces con carrera larga
Compuestos y aeronáutica	Laminados de fibra, uniones adhesivas, insertos	De 5 a 100 kN
Textil y empaques	Telas, hilos, cuerdas, cintas adhesivas, botellas y tapas	De 200 N a 10 kN
Médico y odontológico	Hilos de sutura, biomateriales, resinas, implantes y componentes	De 200 N a 50 kN, según el componente
Enseñanza e investigación	Probetas de las clases de ensayos mecánicos y de investigación en materiales	Según las líneas de investigación del laboratorio

Los rangos de la tabla son órdenes de magnitud para orientar la primera conversación: la capacidad correcta sale del cálculo con la probeta real, como muestra la sección sobre la elección de la máquina. En la compresión de concreto y bloques, donde no hay tracción que medir, el equipo usual es la prensa de compresión.

Paso a paso de un ensayo de tracción

El procedimiento siguiente sigue la lógica de la ISO 6892-1 (ABNT NBR ISO 6892-1 en Brasil) para metales; la norma del material define los detalles.

1. Preparar y medir la probeta. Verificar las dimensiones que exige la norma y medir la sección transversal en la longitud útil.
2. Marcar la longitud calibrada inicial (L0), que se usa después para calcular el alargamiento después de la rotura.
3. Elegir la celda de carga y las mordazas. La fuerza máxima esperada debe quedar dentro del rango calibrado de la celda; las mordazas deben ser adecuadas a la forma y al material de la probeta.
4. Sujetar y alinear. La probeta debe quedar centrada y alineada con el eje de carga, porque la desalineación introduce flexión y distorsiona el resultado.
5. Poner la fuerza en cero con la probeta sujeta solo en la mordaza superior, o aplicar la precarga prevista en la norma.
6. Instalar el extensómetro, cuando el ensayo determina el módulo o el límite de fluencia convencional.
7. Programar la velocidad. La norma define la velocidad de deformación o de esfuerzo en cada fase del ensayo.
8. Ejecutar el ensayo hasta la rotura, retirando el extensómetro antes de ella cuando el modelo no sea apto para acompañar la fractura.
9. Medir después de la rotura: juntar las partes y medir la longitud final y la sección en la zona de la fractura.
10. Emitir el informe con los resultados, la curva, las condiciones de ensayo y la identificación de la muestra.

Ejemplo resuelto: velocidad del travesaño según la ISO 6892-1

La ISO 6892-1 (ABNT NBR ISO 6892-1) especifica la velocidad del ensayo de tracción de metales como velocidad de deformación, en s^-1, y no en mm/min. Cuando la máquina controla por el travesaño (método A2), la velocidad se estima multiplicando esa velocidad de deformación por la longitud paralela de la probeta (L_c). Para L_c = 75 mm:

• Hasta la fluencia, en el rango de 0.00025 s^-1: 0.00025 × 75 = 0.01875 mm/s, o cerca de 1.1 mm/min.
• Después de la fluencia, hasta la rotura, en el rango de 0.0067 s^-1: 0.0067 × 75 = 0.5025 mm/s, o cerca de 30 mm/min.

La norma admite una tolerancia de ±20% sobre esas velocidades. Los dos valores deben caber en el rango de velocidad de la máquina, que en la MBIOII-50-M2 va de 0.02 a 500 mm/min. Como el travesaño también mide la deformación de la máquina, la velocidad real en la probeta queda un poco por debajo de la estimada; por eso el método A1, con control por el extensómetro, es el de menor incertidumbre. La guía de la ASTM E8 e ISO 6892-1 detalla los métodos.

Resultados que entrega la máquina

• Fuerza máxima (Fm) y resistencia a la tracción (Rm).
• Límite de fluencia, superior e inferior (ReH, ReL) cuando la fluencia es nítida, o convencional (Rp0.2) cuando no lo es, obtenido con la recta paralela a 0.2% de deformación.
• Límite elástico y módulo de elasticidad (E).
• Alargamiento después de la rotura (A) y reducción de área o estricción (Z), indicadores de ductilidad.
• Energía hasta la rotura, asociada a la tenacidad.
• La propia curva esfuerzo-deformación, con estadística por lote (promedio, desviación estándar, mínimo y máximo).

¿Qué normas se aplican a la máquina universal?

En la máquina universal rigen dos grupos de normas: las de ensayo, que definen la probeta, la velocidad y el cálculo para cada material, y las de verificación, que comprueban la exactitud de la propia máquina (ISO 7500-1, ABNT NBR ISO 7500-1 en Brasil, y ASTM E4 para la fuerza; ISO 9513, ABNT NBR ISO 9513 en Brasil, y ASTM E83 para el extensómetro). Las más usadas:

Material / ensayo	Normas
Metales: tracción a temperatura ambiente	ABNT NBR ISO 6892-1; ASTM E8/E8M
Metales: doblado	ABNT NBR ISO 7438
Varillas de acero para concreto armado (CA-25, CA-50, CA-60)	ABNT NBR 7480 (especificación brasileña), con tracción según la ABNT NBR ISO 6892-1
Plásticos: tracción	ISO 527; ASTM D638
Plásticos: flexión	ISO 178; ASTM D790
Compuestos de matriz polimérica: tracción	ASTM D3039
Hules y elastómeros: tracción	ISO 37; ASTM D412
Geotextiles: tracción en franja ancha	ABNT NBR ISO 10319
Telas: tracción	ISO 13934-1
Cintas adhesivas: pelado	ASTM D3330
Madera	ABNT NBR 7190 (norma brasileña de estructuras de madera)
Calibración de la fuerza de la máquina	ABNT NBR ISO 7500-1; ASTM E4
Calibración de extensómetros	ABNT NBR ISO 9513; ASTM E83

Calibración: qué significa "clase 1" según la ISO 7500-1

La ISO 7500-1 (ABNT NBR ISO 7500-1 en Brasil) define cómo verificar el sistema de medición de fuerza de una máquina de ensayo y en qué clase se ubica. La verificación compara la fuerza indicada por la máquina con la de un instrumento de referencia (un dinamómetro de referencia calibrado) en varios puntos de cada rango, con carga creciente.

Clase	Error relativo de indicación máximo	Repetibilidad máxima
0.5	±0.5%	0.5%
1	±1.0%	1.0%
2	±2.0%	2.0%
3	±3.0%	3.0%

La norma también limita la resolución del indicador y el error de cero. Tres puntos prácticos:

• La clase vale para el rango verificado. Una máquina "clase 1" es clase 1 entre los puntos en los que fue verificada. La norma pide como mínimo cinco puntos entre 20% y 100% de cada rango, y el rango puede bajar de 20% cuando la verificación incluye puntos adicionales en las cargas menores. Ensayar por debajo del rango verificado es ensayar sin garantía de exactitud.
• La mayoría de las normas de ensayo exige clase 1 o mejor. Es el requisito de la ISO 6892-1 para metales, por ejemplo.
• La periodicidad es recomendada, no fija. La propia ISO 7500-1 recomienda verificar en intervalos de máximo 12 meses, salvo especificación distinta, y siempre que la máquina se desmonte para cambiarla de lugar o pase por una reparación o un ajuste importante. La ASTM E4 recomienda verificación anual y no admite intervalos mayores a 18 meses.

El extensómetro tiene su propia clasificación, según la ISO 9513 (clases 0.2, 0.5, 1 y 2), y se calibra por separado. Cómo contratar e interpretar la calibración de la máquina se explica en la guía de calibración de máquina universal de ensayos según la ISO 7500-1.

Ejemplo resuelto: lo que garantiza la clase 1 en la práctica

La clase es un límite para el error encontrado en la calibración. En una máquina clase 1, en cada punto verificado, la diferencia entre la fuerza indicada y la fuerza del instrumento de referencia no pasó de 1%: en un punto de 50.0 kN, la máquina indicó entre 49.5 y 50.5 kN. En la clase 0.5 el límite sería de 0.25 kN en ese mismo punto.

La clase no es la incertidumbre de la medición. La propia ISO 7500-1:2018 advierte que una máquina certificada en una clase no tiene, por eso, garantía de exactitud por debajo de ese valor cuando se suma la incertidumbre de la calibración, que se estima aparte y aparece en el certificado. Quien necesita declarar la incertidumbre en el informe de ensayo parte del certificado de calibración, y no solo del número de la clase.

La clase también tiene un piso. La ISO 7500-1:2018 limita la fuerza mínima del rango verificado en función de la resolución del indicador (r): por lo menos 200 r en la clase 1 y 400 r en la clase 0.5. Con una resolución de 0.01 kN, la clase 1 solo puede declararse a partir de 200 × 0.01 = 2 kN. Por debajo de eso, la lectura existe, pero sin la garantía de la clase. Ese piso es la razón práctica para cambiar de celda de carga cuando la probeta es mucho menor que la capacidad de la máquina.

¿Cómo elegir una máquina universal de ensayos?

Para elegir una máquina universal de ensayos se parte del ensayo y de la probeta, nunca del catálogo. La norma define los dispositivos y el extensómetro. La fuerza de ruptura define la capacidad. La probeta define la carrera y el espacio de ensayo. La menor fuerza a medir define las celdas de carga. Son seis preguntas, en este orden:

1. ¿Qué ensayos y qué normas? Definen los dispositivos, la necesidad de extensómetro y la velocidad.
2. ¿Cuál es la fuerza máxima esperada? Estímela multiplicando el área de la sección de la probeta por la resistencia del material (tabla abajo). La capacidad de la máquina debe tener margen sobre ese valor.
3. ¿Cuál es la menor fuerza que necesita medir con exactitud? Si el laboratorio ensaya desde alambre fino hasta barra de acero, una sola celda no cubre los dos extremos dentro del intervalo verificado. La solución son celdas de carga intercambiables.
4. ¿Qué tamaño tiene la probeta? El espacio de ensayo (distancia entre columnas) limita el ancho. La carrera vertical limita la longitud y el alargamiento hasta la rotura. Las películas y los elastómeros pueden alargarse varias veces su longitud inicial y agotar la carrera antes de romperse.
5. ¿Necesita extensómetro? Sí, si la norma pide módulo o fluencia convencional.
6. ¿Dónde va a quedar la máquina? Considere peso, piso, espacio y alimentación eléctrica: los modelos de mayor capacidad pesan toneladas y requieren red trifásica.

Qué capacidad elegir para cada material

En orden de magnitud, la fuerza de ruptura en tracción es el área de la sección multiplicada por la resistencia a la tracción del material. Ejemplos calculados con valores típicos:

Probeta	Área de la sección	Resistencia típica	Fuerza de ruptura estimada
Alambre o filamento, cinta adhesiva, película delgada	< 1 mm² a pocos mm²	variable	de algunos N a cientos de N
Plástico, probeta tipo 1A de la ISO 527 (10 × 4 mm)	40 mm²	30 a 70 MPa	1.2 a 2.8 kN
Lámina de acero de 12.5 × 1 mm	12.5 mm²	400 MPa	5 kN
Varilla de acero CA-50 de 10 mm	78.5 mm²	~600 MPa	~47 kN
Varilla de acero CA-50 de 16 mm	201 mm²	~600 MPa	~121 kN
Varilla de acero CA-50 de 25 mm	491 mm²	~600 MPa	~295 kN
Varilla de acero CA-50 de 32 mm	804 mm²	~600 MPa	~483 kN

Para el CA-50 (grado brasileño de varilla corrugada), la ABNT NBR 7480:2024 (la norma brasileña de acero de refuerzo para concreto) fija el límite de fluencia característico en 500 MPa. Además, exige una resistencia a la tracción de al menos 1.10 veces la fluencia medida, lo que da como mínimo 550 MPa en una varilla que fluya a 500 MPa. Los 600 MPa de la tabla son un valor ilustrativo, un poco por encima de ese mínimo, porque la varilla real suele fluir por encima del valor característico. Para dimensionar la máquina, use la mayor resistencia a la tracción que pueda presentar su material. Las áreas de la tabla son las nominales y bastan para estimar la fuerza; en el ensayo de aceptación, la NBR 7480 indica calcular el área a partir de la masa lineal de la varilla. El ejemplo de la varilla muestra por qué el diámetro define la máquina. Para ensayar CA-50 de hasta 16 mm basta con 200 kN, hasta 25 mm se necesitan 300 kN y hasta 32 mm, 600 kN.

Ejemplo resuelto: capacidad para varilla de 16 mm

El laboratorio de una constructora va a ensayar CA-50 de hasta 16 mm de diámetro y quiere saber qué máquina comprar. El cálculo:

1. Área nominal de la varilla: π × 16² / 4 = 201.1 mm².
2. Resistencia a la tracción adoptada, con holgura sobre el mínimo normativo de 550 MPa: 650 MPa (hipótesis de diseño).
3. Fuerza máxima esperada: 650 × 201.1 = 130.7 kN.
4. Margen de 20% para lotes por encima de lo esperado: 130.7 × 1.2 ≈ 157 kN.

Una máquina de 50 kN es insuficiente. Una de 1,000 kN sería un desperdicio, porque la fuerza de los diámetros menores quedaría en la parte baja del intervalo, donde la resolución relativa empeora. La respuesta es el intervalo de 200 kN, como la MBIOII-200-M2. Si ese mismo laboratorio también ensaya alambres y mallas finas, aparece el otro extremo del problema: la fuerza mínima debe quedar por encima del piso de la clase de alguna celda de carga, como se muestra en la sección de calibración.

La línea M2 de Biopdi

La máquina universal de ensayos Biopdi la fabrica Biopdi, empresa brasileña fundada en 2010 con sede en São Carlos (SP, Brasil). Una ley federal brasileña (Ley 12.504/2011) reconoce a esa ciudad como la Capital Nacional de la Tecnología de Brasil. La línea M2 es electromecánica: tiene 15 capacidades, de 200 N a 1,000 kN, en ocho estructuras, con software propio y asistencia técnica en Brasil. La carrera, el espacio de ensayo y el peso dependen de la estructura y valen para todas sus capacidades:

Modelo	Capacidades	Tipo	Carrera vertical	Espacio de ensayo	Peso
MBIOI-1P-M2	200 N, 500 N o 1 kN	Portátil	425 mm	48 mm	15 kg
MBIOI-10-M2	2, 5 o 10 kN	Una columna	890 mm	150 mm	105 kg
MBIOI-10-M2 extendida	2, 5 o 10 kN	Una columna, carrera extendida	1,290 mm	150 mm	120 kg
MBIOII-50-M2	5, 10, 20, 30 o 50 kN	Dos columnas	1,300 mm	425 mm	190 kg
MBIOII-200-M2	100, 150 o 200 kN	Dos columnas	1,500 mm	605 mm	760 kg
MBIOII-300-M2	300 kN (30,000 kgf)	De piso	1,500 mm	650 mm	1,220 kg
MBIOII-600-M2	600 kN (60,000 kgf)	De piso	1,500 mm	605 mm	1,500 kg
MBIOII-1000-M2	1,000 kN (100,000 kgf)	De piso	1,500 mm	560 mm	3,500 kg

La velocidad de ensayo, las dimensiones y la alimentación de cada modelo están en su página.

Mantenimiento y rutina de uso de la máquina universal

El mantenimiento de la máquina universal de ensayos combina tres cosas: los cuidados de rutina del operador, el mantenimiento preventivo según el manual del fabricante y la verificación periódica de la fuerza por un laboratorio de calibración. Cada una protege algo distinto. La rutina protege el ensayo del día, el preventivo protege la máquina y la calibración protege el número del informe. Cuando la máquina deja de funcionar, o cuando la electrónica y el software se vuelven obsoletos, toca la reparación o el retrofit. Biopdi hace las dos cosas en máquinas de cualquier marca, como se explica en la página de retrofit (modernización), mantenimiento y reparación de máquinas universales de ensayos.

• Antes de cada sesión de ensayos: verifique que la celda de carga instalada corresponda al intervalo del ensayo y ponga la fuerza en cero sin probeta. Pruebe el botón de emergencia y los finales de carrera. Revise las caras de las cuñas: un diente gastado o sucio hace que la probeta se deslice y genera una curva con escalones.
• Después del ensayo: retire virutas, polvo y fragmentos del área de ensayo, sobre todo después de rupturas frágiles. Guarde las mordazas y los dispositivos limpios y protegidos contra la corrosión.
• Mantenimiento preventivo: lubrique husillos y guías, revise cables y conectores de los transductores y actualice el software. Siga los intervalos que indique el manual del fabricante para su régimen de uso.
• Verificación de la fuerza: según la ISO 7500-1 (ABNT NBR ISO 7500-1 en Brasil), en un intervalo de 12 meses como máximo, salvo especificación distinta. Repítala siempre que la máquina cambie de lugar o pase por una reparación importante. El extensómetro tiene su propia verificación, según la ISO 9513 (ABNT NBR ISO 9513 en Brasil).

Una forma sencilla de detectar que algo cambió es ensayar de vez en cuando una probeta de referencia del propio laboratorio y dar seguimiento al resultado. Una desviación creciente aparece antes de la siguiente calibración. La seguridad del operador durante el ensayo, incluida la protección contra fragmentos en la ruptura, se trata en el artículo sobre la NR-12 (norma reglamentaria brasileña de seguridad en maquinaria) en máquinas de ensayo.

Qué define la inversión en una máquina universal

El precio de una máquina universal varía mucho porque, en la práctica, "la máquina" es una configuración. Esto es lo que más pesa, en orden aproximado:

• Capacidad y estructura: de una portátil de 1 kN a una de piso de 1,000 kN, la estructura, el accionamiento y la instalación cambian de escala.
• Número de celdas de carga: una por cada intervalo de fuerza que el laboratorio necesite medir con exactitud.
• Extensómetro: clip-on, de gran deformación para elastómeros u óptico sin contacto.
• Mordazas y dispositivos: cada ensayo y cada norma piden los suyos, y las mordazas neumáticas cuestan más que las manuales.
• Software y control: panel mecánico, PLC o pantalla táctil integrada.
• Servicios: instalación, capacitación, calibración inicial y asistencia técnica.

Dos preguntas evitan los errores de compra más caros. ¿La máquina mide con exactitud la menor fuerza que necesito? ¿La carrera y el espacio de ensayo admiten la probeta más grande que voy a ensayar? Para recibir una propuesta con la configuración de su ensayo, solicite una cotización.

Máquina fabricada en Brasil o importada

Para un laboratorio en Brasil, una máquina fabricada en el país y una importada de la misma clase dan técnicamente el mismo resultado, porque la norma es la misma. La diferencia está en el ciclo de vida: el plazo y el costo de la asistencia técnica, la disponibilidad de refacciones y de mordazas a la medida, la calibración, la capacitación en portugués y la exposición del precio al tipo de cambio. Una máquina universal suele trabajar durante muchos años, así que esos costos pesan tanto como el precio de compra.

Videos de la máquina universal de ensayos

Demostraciones de ensayos en máquinas universales Biopdi: tracción de metales y polímeros, modelos de banco y el modelo portátil.

Conclusión

La máquina universal de ensayos mide cómo responde un material a una fuerza controlada. Con distintos dispositivos cubre tracción, compresión, flexión, corte, doblado, embutición, arrancamiento y adherencia. Para elegir bien se parte del ensayo. La norma define los dispositivos y el extensómetro. La fuerza de ruptura define la capacidad. La probeta define la carrera y el espacio de ensayo. La menor fuerza a medir define las celdas de carga. La calibración según la ISO 7500-1 (NBR ISO 7500-1 en Brasil) es lo que garantiza que el número del informe corresponda a la fuerza real.