5 capitulo
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El documento describe los procesos de diseño y manufactura de piezas y materiales. Explica que el diseño es un proceso iterativo que considera el diseño del producto, equipo y materiales. También describe los principales tipos de materiales como metales, cerámicos, plásticos y compuestos, así como procesos como tratamientos superficiales y uniones. Finalmente, discute aspectos ambientales como el impacto del diseño y manufactura y la importancia del reciclaje.
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- 1. MATERIALES EN EL DISEÑO Y LA MANUFACTURA
- 2. DISEÑO Aquí el énfasis se hace sobre los procesos 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
- 3. LISTA DE ACCIONES 1. Determinar las funciones que la pieza tendrá que satisfacer, con la debida consideración de las condiciones de operación, de los aspectos de seguridad. 2. Determinar la configuración que cumplirá con las funciones requeridas y asignar 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 rugoso permisible para la función dada. 7.Elegir un proceso o secuencia de procesos apropiada, con la debida consideración del costo de procesamiento y de ensamble, así como del número de piezas que se van a producir.
- 4. LISTA 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.
- 5. TIPOS PRINCEPALES DE MATERIALES 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 variedad 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.
- 6. 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 procesamientos 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 (obtenida de la bauxita) para producir aluminio.
- 7. 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, debido al incremento de servomotores instalados. Un 60% del consumo total proviene de la chatarra reciclada, con un ahorro considerable de energía.
- 8. CERÁMICOS Los cerámicos son materiales inorgánicos. Los más frecuentes son los óxidos metálicos, 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 productos con base de arcilla, como ladrillos, tejas y azulejos, servicios de mesa, etcétera. Estos cerámicos tradicionales se producen en vastas cantidades.
- 9. 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 temperatura 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.
- 10. LOS VIDRIOS forman una clase especial de cerámicos, LAS FIBRAS DE CARBONO Y ya que primero se funden y GRAFITO no son verdaderamente luego se forman por medio cerámicos, pero tienen el módulo de varias técnicas.. El vidrio elástico elevado y la resistencia a es el único cerámico que se la temperatura (pero no a la puede reciclar en grandes oxidación) de los cerámicos. proporciones.
- 11. PLASTICOS 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 sobrepasado, 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.
- 12. ESTRUCTURAS COMPUESTAS COMPUESTOS POR CONVENCIÓN, este término se aplica a las CONVENCIÓN 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 SUPERFICIALES Su objetivo es impartir propiedades especiales a la superficie (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 SEMICONDUCTORES Son estructuras compuestas demasiado complejas, en las cuales semiconductores especiales se combinan con metales, cerámicos 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.
- 13. UNIONES Las uniones no permanentes hacen el desensamble fácil. Todos estamos familiarizados 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 uniones 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.
- 14. ASPECTOS 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.
- 15. IMPACTO EN EL DISEÑO Las iniciativas para un diseño ambientalmente responsable se han desplomado con frecuencia 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 suposiciones 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 contaminación permanece igual.
- 16. IMPACTO EN LA MANUFACTURA 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 industriales arrojaban humo espeso, cargado con compuestos tóxicos; los subproductos líquidos se descargaban en los ríos; los sólidos se depositaban en el terreno y se abandonaban. Al igual que las normas ISO 9000, tienen como objetivo promover un mejoramiento continuo. También son disposiciones de acatamiento voluntario, aunque se puede esperar que las presiones competitivas aseguren el cumplimiento mundial. La culminación de todos estos esfuerzos es lo que con frecuencia se llama manufactura verde.
- 17. 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.
- 18. METALES 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 desechados de composición desconocida.
- 19. CERAMICOS Los cerámicos horneados se pueden triturar y usar en cantidad limitada como sustituto de los materiales 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, principalmente en forma de recipientes no reto mables, reemplaza las materias primas y puede ahorrar cerca del 3% de energía por cada 10% de desperdicio en la carga.
- 20. PLASTICO RECICLADO PRIMARIO El desperdicio termoplástico en el lugar se apila y se suma a materiales nuevos (vírgenes) para su procesamiento. RECICLADO SECUNDARIO Incluye la separación mecánica de acuerdo con el tipo de polímero, seguida de la trituración, el lavado, y el regreso a la aplicación original. Un problema es la multitud de plásticos. 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 No es un reciclaje real: el desperdicio se incinera para recuperar su contenido de energía.
- 21. GRACIAS!!!