MATERIALES EN EL DISEÑO MATERIALES EN EL DISEÑO Y LA MANUFACTURAY LA MANUFACTURA

DISEÑO

Aquí el énfasis se hace sobre los proce sos unitarios, un término aplicado frecuentemente a la producción de piezas, las cuales luego se ensamblarán para formar un producto funcional. Aunque se reconoce que el diseño es un proceso iterativo, en la ingeniería concurrente cada paso se refleja en los tres campos:

•Diseño del producto•Diseño del equipo•Selección del material

1. Determinar las funciones que la pieza tendrá que satisfacer, con la debida consi deración de las condiciones de operación, de los aspectos de seguridad.

2. Determinar la configuración que cumplirá con las funciones requeridas y asig nar dimensiones.

3. Analizar el diseño para cargas y esfuerzos, modos posibles de falla y aspectos de confiabilidad.

4. Elegir un material que satisfaga todos los criterios de servicio. 5. Optimizar la elección del material considerando materiales alternativos.

6. Asignar las tolerancias más amplias posibles y el acabado superficial más rugo so permisible para la función dada.

7.Elegir un proceso o secuencia de procesos apropiada, con la debida considera ción del costo de procesamiento y de ensamble, así como del número de piezas que se van a producir.

LISTA DE ACCIONESLISTA DE ACCIONES

8. Optimizar el diseño afinando interactivamente los pasos del 2 al 7. Considere las implicaciones en el costo total; aunque un material puede cumplir la función que se requiere, también puede presentar sustanciales dificultades de manufactura.

9. La producción industrial ha generado y continúa generando cantidades enormes de materiales de desperdicio. Su eliminación es cada vez más difícil y también existe un deseo genuino de ahorrar los limitados recursos de la Tierra.

LISTA DE ACCIONESLISTA DE ACCIONES

TIPOS PRINCEPALES DE TIPOS PRINCEPALES DE MATERIALES EN INGENIERIAMATERIALES EN INGENIERIA

La manufactura, está involucrada con piezas y ensambles hechos de materiales capaces de soportar cargas o cumplir con otras funciones técnicas (conducir electricidad, aislar, etcétera), como se analizó en el capítulo 4.

La materia prima con frecuencia se puede obtener a través de una varie dad de rutas alternas, algunas de ellas mucho más cortas que otras. Con mucha frecuencia la economía es un asunto de escala; así, se puede comprar acero en lámina a un precio menor que en polvo, en parte debido a las vastas cantidades que se producen en forma de lámina.

METALES METALES

Los metales aún son los materiales de ingeniería que más se utilizan en general, y el crecimiento de su producción (especialmente el del acero) con frecuencia se ha tomado corno un indicador del desarrollo industrial. Se usan varias técnicas para enriquecerlos y hacerlos más adecuados para procesa mientos posteriores.

1.En lapirometalurgia las menas se reducen con carbono (coque, aceite o gas) en hornos (fundición).

2.La reducción directa (sin fusión) de algunas menas produce un polvo de alta pureza.

3.La hidrometalurgia involucra la disolución (lixiviación) de la mena en un ácido.

4.La electrólisis de una fusión de temperatura elevada también produce metal relativamente puro pero en forma líquida, como en la electrólisis de la alúmina (obteni da de la bauxita) para producir aluminio.

El cobre ha sido un metal clave por milenios, pero otros materiales competitivos han incursionado en muchas aplicaciones tradicionales. Así, el aluminio ha remplazado al cobre en las líneas de alta potencia y en muchos cambiadores de calor; las fibras ópticas lo han sustituido

para la transmisión de señales.

No obstante, su uso está creciendo, incluso

en automóviles, debi do al incremento de

servomotores instalados. Un 60% del

consumo total proviene de la chatarra

reciclada, con un ahorro considerable

de energía.

CERÁMICOS

Los cerámicos son materiales inorgánicos. Los más frecuentes son los óxidos metáli cos, los boruros, los carburos y los nitruros. Se caracterizan por su baja densidad y su alta resistencia a la temperatura elevada, a las que siempre se procesan. Algunos se

basan en materias primas presentes en la naturaleza y se procesan sobre todo en produc tos con base de arcilla, como ladrillos, tejas y azulejos, servicios de mesa, etcétera. Estos cerámicos tradicionales se producen en vastas cantidades.

CERÁMICOS DE INGENIERÍA CERÁMICOS DE INGENIERÍA los cerámicos de ingeniería, o cerámicos estructurales avanzados, derivados de materias primas procesados o que se fabrican especialmente. A menudo reúnen requisitos críticos tales como rigidez, tenacidad, resistencia a tempera tura baja o elevada, resistencia a la abrasión y a la corrosión. Así, se usan como herramientas de corte, componentes de motores y productos para la industria química.

LOS VIDRIOS LOS VIDRIOS forman una clase especial de cerámicos, ya que primero se funden y luego se forman por medio de varias técnicas.. El vidrio es el único cerámico que se puede reciclar en grandes proporciones.

LAS FIBRAS DE CARBONO Y LAS FIBRAS DE CARBONO Y GRAFITO GRAFITO no son verdaderamente cerámicos, pero tienen el módulo elástico elevado y la resistencia a la temperatura (pero no a la oxidación) de los cerámicos.

PLASTICOSPLASTICOS

Los plásticos son productos en los cuales los polímeros son los ingredientes principales. Muy frecuentemente los polímeros se basan en un eje principal de carbono y son moléculas orgánicas de peso molecular muy grande, derivados del petróleo, gas o carbón.

Actualmente la producción total de

plásticos ha sobrepasa do, con base

en el volumen, a la producción

de metal , aunque gran parte se

encuentra en bienes de consumo

que en su mayoría son desechados

(y no reciclados con frecuencia)

después de su uso.

ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS COMPUESTASCOMPUESTAS

COMPUESTOS POR CONVENCIÓNCOMPUESTOS POR CONVENCIÓN, este término se aplica a las estructuras en las cuales uno de los componentes (comúnmente fibras o partículas) está rodeado por una matriz continua del otro componente. La matriz puede ser polímero, metal, cerámico o carbono.

TRATAMIENTOS SUPERFICIALESTRATAMIENTOS SUPERFICIALES Su objetivo es impartir propiedades especiales a la su perficie (o a la región cercana a ella) de una pieza. Algunos son aplicaciones de técnicas tradicionales, por ejemplo el endurecimiento superficial por medio de un tratamiento térmico.

DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES Son estructuras compuestas demasiado complejas, en las cuales semiconductores especiales se combinan con metales, cerámi cos y plásticos en dispositivos capaces de realizar una gran variedad de funciones, tales como conducción, aislamiento y almacenamiento eléctrico, y emisión y recepción de luz.

UNIONESUNIONES

Las uniones no permanentes hacen el desensamble fácil. Todos estamos familiari zados con las uniones a presión, especialmente para las partes plásticas, y con juntas atornilladas para las partes hechas de cualquier material. La durabilidad de esas unio nes es en gran parte una función del diseño y de los procesos de manufactura.

Las uniones permanentes se diseñan para permitir que el ensamble se comporte como una sola parte. Están hechas por medio de técnicas derivadas de otros procesos de manufactura, como la solidificación de aleaciones o la polimerización de polímeros.

ASPECTOS AMBIENTALESASPECTOS AMBIENTALES

En las últimas décadas ha habido un incremento en la conciencia sobre las consecuencias dañinas, y esto ha conducido a nuevos enfoques tanto en el diseño como en la manufactura, lo cual

se ha denominado colectivamente como ingeniería verde.

IMPACTO EN EL DISEÑOIMPACTO EN EL DISEÑO

Las iniciativas para un diseño ambientalmente responsable se han desplomado con fre cuencia por una visión demasiado estrecha, y limitada a la consideración del consumo de energía. Actualmente se reconoce que el impacto de un producto debe evaluarse de principio a fin.

El resultado es demasiado sensible a las supo siciones sobre los procesos y métodos de manufactura, y al método y la eficiencia en el

control de la contaminación; incluso puede depender de la localización geográfica. En un lugar con un bajo costo de la gasolina, el gasto inicial (materia prima y costo de manufactura) pesará mucho más que el de operación, aunque el costo de la contamina ción permanece igual.

IMPACTO EN LA IMPACTO EN LA MANUFACTURAMANUFACTURA

No se puede negar que la manufactura es un usuario principal de los recursos y un contribuyente importante a la contaminación. No hace mucho tiempo los hornos indus triales arrojaban humo espeso, cargado con compuestos tóxicos; los subproductos lí quidos se descargaban en los ríos; los sólidos se depositaban en el terreno y se abando naban.

Al igual que las normas ISO 9000, tienen como objetivo promover un mejoramiento continuo. También son disposiciones de acata miento voluntario, aunque se puede esperar que las presiones competitivas aseguren el cumplimiento mundial. La culminación de todos estos esfuerzos es lo que con frecuen cia se llama manufactura verde.

RECICLAJE RECICLAJE

Los materiales siempre han sido reciclados, simplemente por economía. Sin embargo, existen presiones adicionales. Los sitios de relleno son difíciles de encontrar, y el costo de desecho se incrementa. Algunos productos y muchos derivados de la manufactura se clasifican como materiales peligrosos que requieren un tratamiento o una contención especial y costosa.

METALESMETALES

1. La chatarra nueva (en proceso, doméstica, del lugar) se genera en el proceso de manufactura mismo.

2. La chatarra segregada consiste en devoluciones de procesamientos posteriores.

3. La chatarra mezclada consiste en devoluciones de plantas de procesamiento posterior que no mantienen las aleaciones completamente separadas.

4. La chatarra vieja (chatarra posterior al consumidor) es de componentes des echados de composición desconocida.

CERAMICOSCERAMICOS

Los cerámi cos horneados se pueden triturar y usar en cantidad limitada como sustituto de los ma teriales de inicio.

El vidrio se produce a través de la etapa de fusión, de aquí que pueda ser, y es, extensivamente reciclado. El desperdicio después de su uso por el consumidor, princi palmente en forma de recipientes no reto mables, reemplaza las materias primas y pue de ahorrar cerca del 3% de energía por cada 10% de desperdicio en la carga.

PLASTICOPLASTICO

RECICLADO PRIMARIO RECICLADO PRIMARIO El desperdicio termoplástico en el lugar se apila y se suma a materiales nuevos (vírgenes) para su procesamiento.

RECICLADO SECUNDARIO RECICLADO SECUNDARIO Incluye la separación mecánica de acuerdo con el tipo de po límero, seguida de la trituración, el lavado, y el regreso a la aplicación original. Un problema es la multitud de plásticos.

RECICLADO TERCIARIO RECICLADO TERCIARIO Los plásticos producidos por polimerización de crecimiento en etapas se pueden descomponer térmica o químicamente, y se usan corno materia de alimentación para la polimerización o corno combustible.

RECICLADO CUATERNARIO RECICLADO CUATERNARIO No es un reciclaje real: el desperdicio se incinera para recu perar su contenido de energía.

GRACIAS!!!