ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN............................................ .................................................................. ............................................ ........................................ .................. 7 2. OBJETIVOS..................................... OBJETIVOS.......................................................... ............................................ .............................................. ................................. .......... 8 3. SELECCIÓN DE MATERIALES.......................................... MATERIALES............................................................... ........................................ ................... 9 3.1. Requerimientos Requerimientos y fases de selección selección ........................................... ................................................................. ......................... ... 9 3.2. Métodos de selección ............................................ ................................................................... ............................................. ........................ 12 3.2.1. Método tradicional tradicional ................................ ...................................................... ............................................. ................................... ............ 12 3.2.2. Método gráfico ........................................................... .................................................................................. ................................... ............ 13 3.2.3. Método con la ayuda de bases de datos.......................................... ...................................................... ............ 15 4. INTRODUCCIÓN A CES EDUPACK........................................... ................................................................. .............................. ........ 16 5. NIVELES CES EDUPACK ........................................ ............................................................. ............................................ ............................ ..... 17 6. EXPLORACIÓN DE LA BASE DE DATOS .............................................................. ................................................................ 18 6.1. Menú de selección de nivel ........................... .................................................. .............................................. ............................... ........ 18 6.2. Interfaz y herramientas de búsqueda........................................... ................................................................. ........................ 18 6.2.1. Uso de la orden Browse.......................................... ............................................................... ...................................... ................. 19 6.2.1.1. Ejemplo de utilización de la orden Browse ........................................... ............................................. 20 6.2.2. Uso de la orden Search .......................................... ............................................................... ...................................... ................. 23 6.2.2.1. Ejemplo de utilización utilización de la orden Search ........................................... ............................................. 24 7. SELECCIÓN DE MATERIALES CES EDUPACK ......................... ................................................ ............................ ..... 27 7.1. Selección a través de la etapa Graph .......................................... ................................................................ ........................ 30 7.1.1. Tipos de diagrama ....................................... ............................................................ ............................................ ............................ ..... 30 7.1.1.1. Diagrama de burbujas.......................................... ................................................................ .................................. ............ 31 7.1.1.2. Diagrama booleano ....................... ............................................. ............................................. ................................... ............ 32 7.1.1.3. Diagrama de barras.............................. barras.................................................... .............................................. ............................ .... 33 7.1.1.4. Diagrama de rangos............................................ ................................................................... ................................... ............ 34 7.1.2. Creación de diagramas........................................... .................................................................. ...................................... ............... 35 7.1.2.1. Opciones Avanzadas ............................................... ..................................................................... .............................. ........ 36 7.1.3. Herramientas de edición y selección de los diagramas ............................... ............................... 40 7.1.4. Ejemplo de selección a través de la etapa Graph .................................... ....................................... .... 50 2
7.2. Selección a través de la etapa Limit ......................................... ............................................................... ........................... ..... 55 7.2.1. Aplicación de la etapa Limit ............................................ .................................................................. .............................. ........ 57 7.2.2. Ejemplo de selección a través de la etapa Limit .......................................... ......................................... 60 7.3. Selección a través de la etapa Tree .................................................... ................................................................... ................ 62 7.3.1. Ejemplo de selección a través de la etapa Tree ......................................... ........................................... 64 7.4. Selección a través de la combinación de las tres diferentes etapas .................. 67 7.4.1. Ejemplo de selección a través de la combinación de las tres diferentes etapas ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ............................... ......... 68 8. DISEÑO DE PRÁCTICAS ............................................ ................................................................... ............................................. ........................ 73 8.1. Tutorial de funcionamiento funcionamiento básico de CES EduPack ......................... ......................................... ................ 74 8.2. Práctica de nivel 1 .......................................... ................................................................. ............................................ .............................. ......... 81 8.3. Práctica de nivel 2 .......................................... ................................................................. ............................................ .............................. ......... 89 8.4. Práctica de nivel 3 .......................................... ................................................................. ............................................ ............................ ....... 107 9. PÚBLICO OBJETIVO (TARGET )................................. )....................................................... ............................................ ...................... 123 9.1. Grado en Ingeniería Ingeniería Mecánica .......................... ................................................. .............................................. ......................... .. 123 9.1.1. Asignaturas troncales ........................................................... ................................................................................. ...................... 123 9.1.2. Asignaturas optativas.......................................... ................................................................ ........................................ .................. 125 9.2. Grado en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto ...................................... ...................................... 126 9.2.1. Asignaturas troncales ........................................................... ................................................................................. ...................... 126 9.2.2. Asignaturas optativas.......................................... ................................................................ ........................................ .................. 128 9.3 Grado en Ingeniería Eléctrica ............................................ ................................................................... ................................. .......... 130 9.3.1 Asignaturas troncales ............................................................ .................................................................................. ...................... 130 9.4. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática.................................. Automática.................................. 131 9.4.1 Asignaturas troncales ............................................................ .................................................................................. ...................... 131 10. BIBLIOGRAFÍA ......................... ................................................ .............................................. ............................................. ................................ .......... 133
3
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 3.1 - Fases F ases para la selección de un material .......................................... ...................................................... ............ 10 Figura 3.2 - Lista de principales principales propiedades............................................ ................................................................ .................... 12 Figura 3.3 - Mapa de materiales materiales ................................................. ........................................................................ ................................... ............ 14 Figura 6.1 - Menú de selección s elección de nivel ................................................. ....................................................................... ........................ 18 Figura 6.2 - Interfaz ............................................... ...................................................................... ............................................. .................................. ............ 19 Figura 6.3 - Menú Browse ......................................... ............................................................... ............................................ ............................... ......... 19 Figura 6.4 - Acero bajo en carbono.......................... carbono................................................. .............................................. ............................... ........ 21 Figura 6.5 - Módulo de Young.......................................... ................................................................. ............................................. ........................ 22 Figura 6.6 - Menú Search. .......................................................... ................................................................................. ................................... ............ 23 Figura 6.7 - Resultados búsqueda ........................................... .................................................................. ...................................... ............... 24 Figura 6.8 - Corte por laser ............................... ...................................................... ............................................. ...................................... ................ 25 Figura 7.1 - Menú Select ........................................... .................................................................. ............................................ .............................. ......... 28 Select from .......................................... Figura 7.2 - Desplegable Select from ................................................................ .................................. ............ 29
Figura 7.3 - Diagrama de burbujas ...................................... ............................................................ .......................................... .................... 31 Figura 7.4 - Diagrama booleano ............................................................ ................................................................................... ......................... 32 Figura 7.5 - Diagrama de barras .......................................... ................................................................ .......................................... .................... 33 Figura 7.6 - Diagrama de rangos ............................. .................................................... ............................................. ............................... ......... 34 Figura 7.7 - Menú etapa Graph ............................................ .................................................................. .......................................... .................... 35 (Attributes) ............................................ Figura 7.8 - Menú Advanced (Attributes) ................................................................... ........................... .... 37
Figura 7.9 - Menú Advanced ( (Trees) ........................................... ................................................................. .................................. ............ 38 Figura 7.10 - Menú Advanced ( (Constants/Parameters) ................................................ ................................................ 39 Figura 7.11 - Diagrama ........................................................ .............................................................................. .......................................... .................... 40 Figura 7.12 - Herramientas diagrama ................................... ........................................................ ......................................... .................... 41 Figura 7.13 - Menú Properties (Graph).......................................................... .......................................................................... ................ 41 Figura 7.14 - Selección a través de Point-Line Selection .......................................... ............................................. .... 43 Figura 7.15 - Whole record within selection activado ............................ ................................................... ......................... 44
4
Figura 7.16 - Selección a través de Box Selection ........................................................ 45 Figura 7.17 - Herramienta Text ...................................................................................... 46 Figura 7.18 - Herramienta Family Envelopes ................................................................ 47 Figura 7.19 - Diagrama con nombres ............................................................................ 48 Figura 7.20 - Herramienta Black and White ................................................................... 49 Figura 7.21 - Herramienta Guideline .............................................................................. 50 Figura 7.22 – Precio - Límite elástico ............................................................................ 51 Figura 7.23 - Selección del area óptima ........................................................................ 52 Figura 7.24 - Precio - Resistencia a la compresión ....................................................... 53 Figura 7.25 - Acotación del diagrama ............................................................................ 54 Figura 7.26 - Soluciones ................................................................................................ 54 Figura 7.27 - Menú Limit ................................................................................................ 55 Figura 7.28 - Parámetros de selección .......................................................................... 56 Figura 7.29 - Rango Modulo de Young .......................................................................... 58 Figura 7.30 - Menú Properties (Limit ) ............................................................................ 59 Figura 7.31 - Datos etapa Limit ...................................................................................... 61 Figura 7.32 - Resultados etapa Limit ............................................................................. 62 Figura 7.33 - Menú Tree ................................................................................................. 63 Figura 7.34 - Fundición a alta presión ( Tree) ................................................................ 65 Figura 7.35 - Soluciones etapa Tree .............................................................................. 66 Figura 7.36 - Menú de resultados Show ........................................................................ 67 Figura 7.37 - Etapa Tree ................................................................................................ 69 Figura 7.38 - Etapa Graph.............................................................................................. 70 Figura 7.39 - Etapa Limit ................................................................................................ 70 Figura 7.40 - Results ...................................................................................................... 71 Figura 7.41 - Tabla de resultados .................................................................................. 71 Figura 8.1 – Menú de selección de nivel ....................................................................... 74
5
Figura 8.2 - Menú principal............................................................................................. 75 Figura 8.3 - Herramientas principales ............................................................................ 75 Figura 8.4 - Opciones de selección................................................................................ 76 Figura 8.5 - Etapas disponibles...................................................................................... 76 Figura 8.6 - Menú Graph ................................................................................................ 77 Figura 8.7 - Menú Limit ................................................................................................... 78 Figura 8.8 - Menú Tree ................................................................................................... 79 Figura 8.9 - Results ........................................................................................................ 80 Figura 9.1 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado Mecánica) ........................................ 123 Figura 9.2 - Asignaturas cuatrimestre 5 (Grado Mecánica) ........................................ 124 Figura 9.3 - Asignaturas cuatrimestre 7 (Grado Mecánica) ........................................ 125 Figura 9.5 - Asignaturas cuatrimestre 4 (Grado Diseño) ............................................. 126 Figura 9.6 - Asignaturas cuatrimestre 5 (Grado Diseño) ............................................. 127 Figura 9.7 - Asignaturas cuatrimestre 7 (Grado Diseño) ............................................. 129 Figura 9.8 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado electricidad)...................................... 130 Figura 9.9 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado electrónica y automática)................. 131
6
1. INTRODUCCIÓN La innovación en ingeniería a menudo significa el uso inteligente de un nuevo material para una aplicación determinada. Los clips de plástico y los álabes cerámicos de las turbinas representan intentos de mejorar con polímeros y con cerámicos lo que previamente se hacía con metales. Y los desastres en ingeniería con frecuencia están causados por un mal uso de los materiales. Cuando un avión cae al suelo porque aparecen fisuras en alguna de sus alas, se debe a que los ingenieros que lo diseñaron emplearon materiales equivocados o no entendieron las propiedades de éstos. Por ello es vital que el ingeniero profesional conozca cómo se seleccionan los materiales y sepa cuál se ajusta a las demandas del diseño, demandas económicas y estéticas, así como de resistencia y durabilidad. El diseñador debe comprender las propiedades de los materiales y sus limitaciones. Ningún ingeniero pretende aprender a recordar tablas y listas de valores de propiedades de los materiales, pero se debería intentar recordar los órdenes de magnitud de estas cantidades. Los fruteros saben que “un kilo de manzanas es aproximadamente 10 manzanas” (las pesan, pero su conocimiento les evita cometer
errores tontos que les podrían costar dinero). De forma análoga, un ingeniero debería conocer que “la mayoría de los módulos de elasticidad están comprendidos entre 1 y
103 GPa y en torno a 10 2 GPa para los metales”. En cualquier diseño real se necesita un valor exacto, que se obtiene a partir de las es pecificaciones de los suministradores, pero el conocimiento de los órdenes de magnitud evita errores de unidades o cometer equivocaciones absurdas y costosas. Se dice que existen más de 50.000 materiales disponibles para el ingeniero. En el diseño de una estructura o dispositivo, ¿cómo elegirá el ingeniero entre un menú tan amplio el material más adecuado? Los errores pueden causar desastres. La historia ha sido testigo de grandes desastres en ámbitos como por ejemplo de construcción civil, naval y aérea
a causa de fallos en el diseño de los componentes, y más
concretamente en la selección de los materiales. Afortunadamente, vivimos en un mundo que no para de avanzar en ámbitos tecnológicos y cada vez son más las herramientas de las que dispone el ingeniero para realizar un selección de un material adecuado.
7
2. OBJETIVOS
El objeto de este proyecto es la realización de un manual de usuario del software de selección de materiales CES EduPack y posteriormente de la realización y diseño de unas prácticas para la docencia de Ciencia de los Materiales en grado. Con este proyecto se pretende que el estudiante de ingeniería se conciencie acerca de la importancia de la buena selección de un material en un proceso de diseño. Para ello se hará una breve introducción acerca del mundo de la selección de materiales y los diferentes métodos que existen. También se tiene como objetivo que el estudiante adquiera agilidad y destreza con el programa informático CES EduPack y sea capaz de realizar selecciones de una manera rápida y eficaz. La utilización de este software otorgará al estudiante nuevos conocimientos sobre la Ciencia de Materiales y reforzará aquellos que ya ha adquirido de una forma muy visual e intuitiva gracias a los diferentes diagramas de propiedades y contenidos que ofrece CES EduPack.
8
3. SELECCIÓN DE MATERIALES La gran mayoría de avances tecnológicos logrados en la sociedad moderna, se han apoyado en el descubrimiento y desarrollo de materiales de ingeniería y procesos de fabricación usados en su obtención. Una adecuada selección de materiales y procesos, garantiza a los diseñadores de partes mecánicas su correcto funcionamiento de los componentes diseñados. Existen diversos métodos a la hora de realizar la selección de un material o proceso. Desde el punto de vista práctico, la posibilidad de usar varios métodos y poderlos confrontar, garantiza una mayor eficiencia en la selección correcta del material e un fin específico. La mayoría de métodos parten de la disponibilidad de una amplia gama de materiales, los cuales se deben analizar, ya sea con ayuda de: recomendaciones ( métodos tradicionales), mapas de materiales (método gráfico) o información escrita que se encuentran en fuentes bibliográficas o en forma de software en bases de datos virtuales. En general, la selección del material se hace de acuerdo con las propiedades exigidas por el componente a diseñar y sustentado con criterios como: disponibilidad, facilidad de obtención, vida de servicio, factores ambientales y costos, entre otros. De esta forma, se llega a la selección de un único tipo de material, el cual debe resultar en el más apropiado para el fin pretendido.
3.1. Requerimientos y fases de selección La selección del tipo de material que se requiere para una aplicación determinada, es solo una de las fases en las que un diseñador o ingeniero de materiales se basa. El conjunto de fases previas a la selección comprende: 1) Necesidad 2) Diseño conceptual
9
3) Diseño de formulación 4) Diseño en detalle 5) Manufactura y montaje Las actividades completas que llevan a la selección del material más adecuado se resumen en la siguiente Figura 3.1:
Figura 3.1 - Fases para la selección de un material
Es importante mencionar, que para la utilización de cualquiera de los métodos de selección de materiales que existen, el diseñador o ingeniero de materiales, debe partir de la etapa conceptual, en la cual se identifica una categoría o categorías muy amplias como posibles materiales a usar. El tipo y valor del esfuerzo aplicado y la forma geométrica, entre otras variables que deben considerarse, otorgan restricciones en cuanto al tipo de material a seleccionar. Por ejemplo, en el caso de esfuerzos de flexión o torsión como los que actúan en la suspensión de un coche, nos indica que dentro de las posibles familias de materiales que existen (metales, cerámicos,
10
polímeros y compuestos), los más adecuados son los metales y dentro de estos los aceros. Por tanto, en la etapa de formulación del problema, se examina con mayor detenimiento cual de los diferentes aceros se pueden usar con mayor confianza (si son aceros de bajo, medio o alto carbono o si son aceros de baja o alta aleación). La selección preliminar se puede hacer con base en los datos de propiedades dadas por los proveedores o fabricantes. De esta forma, se pueden identificar algunos de estos proveedores y en la selección final se trabaja con las propiedades dadas por el proveedor que facilite la consecución del material más adecuado y con mayor facilidad. Un diseñador de componentes ingenieriles siempre busca encontrar el material ideal para su componente. Se pueden mencionar, entre otras características, que un material ideal cumple con la siguiente lista de requisitos:
Inagotable y siempre disponible para su reemplazo
Barato para refinar y producir
Fuerte, rígido, y dimensionalmente estable a diferentes temperaturas
Ligero
Resistente a la corrosión y al desgaste
Respetuoso con el medio ambiente y las personas
Biodegradable
Polivalente
Estos requisitos hacen que el ingeniero o diseñador tenga dificultad en seleccionar el material ideal. Es por esto, que se usan métodos más o menos exactos, que permiten hacer una aproximación del material más idóneo para alguna aplicación. En general, los métodos para selección de materiales se basan en una serie de parámetros entre físicos, mecánicos, térmicos, eléctricos y de de fabricación que determinan la utilidad técnica de un material. Algunos de estos parámetros son mostrados en la siguiente Figura 3.2:
11
Figura 3.2 - Lista de principales propiedades
Debido al alto número de factores que afectan a la selección de materiales, el ingeniero o diseñador debe determinar cuáles son las propiedades más relevantes para la aplicación que se requiere y en base a ellas, hace la selección. A continuación se hace una breve descripción de tres de los métodos más usados en la selección de materiales.
3.2. Métodos de selección 3.2.1. Método tradicional Con este método, el ingeniero o diseñador escoge el material que cree más adecuado, con base en la experiencia de partes que tiene un funcionamiento similar y que han mostrado buenos resultados. Este método es también conocido como materiales de ingeniería de partes similares. El método mantiene buena aceptación debido a lo siguiente:
El ingeniero se siente seguro con un material usado en el mismo campo y ensayado.
12
Las características del material empleado ya han sido estudiadas previamente y por lo tanto no es necesario realizar estudios previos a la selección.
Ahorro considerable de tiempo.
Sin embargo, el uso de este método, en ocasiones conduce a serios problemas, ya que no se hace un estudio real del ambiente de trabajo del componente o equipo, el cual puede ser decisivo a la hora de escoger el material.
3.2.2. Método gráfico Este método se apoya en graficas (conocidas como mapas de materiales), en las que se relacionan por pares ciertas propiedades de los materiales. El método fue diseñado exclusivamente para ser utilizado durante la etapa conceptual de la selección de materiales. En estos mapas se puede hacer una aproximación del material más adecuado (perteneciente a una determinada familia de materiales), con base en la relación de las propiedades más importantes que debe poseer el componente. En la siguiente Figura 3.3 se puede observar un ejemplo de mapa de materiales.
13
Figura 3.3 - Mapa de materiales
Como es de esperar, rara vez el comportamiento de un componente depende sólo de una propiedad. De igual manera, los mapas de materiales, también denominados diagramas de Ashby, muestran que las propiedades de las diferentes clases de materiales pueden variar en amplios intervalos (dependiendo del estado de estos), formando grupos que se ubican en áreas cerradas, zonas o campos en tales diagramas. Eso significa, que una misma familia de materiales puede tener una apreciable variación en sus propiedades, generando un campo o zona en los mapas. En estos mapas se relacionan entre otras, propiedades como resistencia, módulo de elasticidad, densidad, tenacidad, conductividad térmica, costes, etc.
14
3.2.3. Método con la ayuda de bases de datos En Internet existe una amplia gama de bases de datos sobre materiales, que han sido construidas para comercialización libre o son distribuidas por vendedores de materiales. Estas bases de datos son el resultado de investigaciones en ensayos de materiales. Las bases de datos se dividen básicamente en dos categorías, numéricas y literarias o de referencias bibliográficas. Dentro de las más importantes bases de datos están el banco de datos de la ASTM, la SAE, la ASM, la AISI, la NASA, etc. También se dispone de software específico en el mercado para la selección de materiales, CES EduPack es uno de los más conocidos y empleados en el mundo del diseño e ingeniería. La selección de materiales con ayuda de estas bases de datos, parte del conocimiento de las principales propiedades que el material debe tener para un fin específico.
15
4. INTRODUCCIÓN A CES EDUPACK CES EduPack es una completa herramienta de apoyo al aprendizaje de la Ciencia de los Materiales en una gran cantidad de ámbitos como ingeniería, ciencias, procesos y diseños, etc. Se trata de un software de selección de materiales con el cual se puede encontrar en su amplia base de datos aquel material o proceso que se adapta mejor a determinadas exigencias y condiciones. Más de 800 las universidades de todo el mundo utilizan este programa, aunque no sólo las universidades utilizan este software. Gran cantidad de empresas e entidades mundialmente conocidas también se han hecho con sus servicios, algunas de ellas tan importantes como: Ferrari, Renault F1, Intel, NASA, etc. Por lo tanto, no cabe duda de que esta es una herramienta con un gran potencial. En su base de datos podemos encontrar hasta más de 3000 materiales diferentes, más de 200 procesos, todo tipo de datos técnicos , “notas científicas” e información completa y ilustrativa de todos estos materiales y procesos. El objetivo de este manual consiste en enseñar al usuario todos los conocimientos básicos necesarios para la correcta utilización del software, así como las funciones de las herramientas principales y la correcta aplicación de cada una de ellas.
16
5. NIVELES CES EDUPACK El programa dispone de una base de datos dividida en tres niveles:
NIVEL 1 (Iniciación): En este nivel se pueden encontrar 67 materiales diferentes, los más utilizados de entre las distintas familias: metales y aleaciones, cerámicas (técnicas y no técnicas), polímeros, elastómeros, espumas, compuestos, vidrios y materiales naturales. Dispone de 77 procesos diferentes, los más utilizados de entre: conformado, tratamiento superficial y unión. En cuanto al contenido de este nivel, se puede encontrar una descripción detallada del material o proceso, una imagen, un producto familiar, usos típicos y datos técnicos básicos para propiedades generales, mecánicas, térmicas, eléctricas, etc. NIVEL 2 (Intermedio): En este nivel se pueden encontrar 98 materiales diferentes, los más utilizados más algunos otros no tan comunes de entre las mismas familias que en el nivel anterior. Se dispone de 109 procesos diferentes de entre conformado, tratamiento superficial y unión. El contenido en este nivel es más completo que en el nivel anterior: se puede encontrar la misma información que en el nivel 1 pero complementada con más datos numéricos, más propiedades, pautas de diseño y notas técnicas. NIVEL 3 (Avanzado): Se trata del nivel más complejo de todos, en él se pueden encontrar 2954 materiales diferentes y 230 procesos diferentes, materiales y procesos de uso avanzado utilizados en campos como la aeronáutica, arquitectura e ingeniería civil, bio-materiales, etc. Este nivel dispone del contenido más amplio y detallado de entre los 3 niveles anteriores, se puede acceder a todo tipo de propiedades y datos técnicos.
17
6. EXPLORACIÓN DE LA BASE DE DATOS 6.1. Menú de selección de nivel Al iniciar el programa se muestra un menú similar al mostrado en la Figura 6.1:
Figura 6.1 - Menú de selección de nivel
Aqui es donde se selecciona el nivel con el que se quiere empezar a trabajar, dependiendo del abanico de materiales y procesos que se pretenda utilizar.
6.2. Interfaz y herramientas de búsqueda Una vez seleccionado el nivel ya se puede empezar a trabajar. Para poder moverse con agilidad y soltura por el software, es importante conocer la interfaz del programa y saber cuál es la función de cada una de las herramientas principales. La interfaz del programa es muy simple e intuitiva. Los menús contienen órdenes muy básicas que seguramente ya se conocen si antes se ha trabajado con cualquier otro tipo de programa. De todas formas se van a analizar dichas órdenes ( Figura 6.2). 18
Figura 6.2 - Interfaz
Los menús desplegables de la parte superior ( file, edit , view , etc.) son los estándares que se pueden encontrar en todos los programas. Con éstos se pueden abrir archivos, guardar, configurar diferentes aspectos del programa, cortar, copiar y pega r, etc. Las órdenes que hay justo debajo de los desplegables son importantes ya que son las que se utilizarán para analizar y buscar en cada uno de los niveles de CES EduPack. A continuación se describe su función:
6.2.1. Uso de la orden Browse Browse (Explorar)
Esta orden es la que se utiliza para explorar la base de datos del nivel con el que se está trabajando. Se pude localizar cualquier tipo de material, proceso, fabricante e incluso referencias. Cuando se pulsa esta orden aparece un menú como el de la Figura 6.3.
Figura 6.2 - Menú Browse
19
Se dispone de dos desplegables, Table y S ubs et . Con el primero se selecciona el grupo en el que se quiere buscar, a elegir entre: Universo Materiales, Universo Procesos, Fabricantes y Referencias. Con el segundo, se selecciona el nivel en el que queremos buscar, nivel 1, 2 o 3, teniendo en cuenta siempre que el abanico de posibilidades es más amplio conforme vamos subiendo de nivel. Una vez se haya hecho la selección del grupo donde se va a buscar y el nivel, se puede empezar a explorar el índice jerárquico que presenta el programa. Cuando se seleccione un proceso o material aparecerá a la derecha de la pantalla toda la información y propiedades de la selección. Esta información será siempre más o menos completa en función del nivel en el que se encuentre el usuario. A continuación se muestra un ejemplo:
6.2.1.1. Ejemplo de utilización de la orden Browse
Se va a realizar la búsqueda del acero bajo en carbono, para ello en el desplegable Table se selecciona Universo Materiales y en el desplegable S ubs et se escoge
Nivel 1 (en todos los niveles se puede encontrar el acero bajo en carbono). A continuación se explorará el índice jerárquico que se nos presenta en pantalla de la siguiente manera: - Metales y aleaciones - Férricas - Acero bajo en carbono Esta secuencia que se ha seguido para encontrar el material es la misma que se seguiría para buscar cualquier otro material, de la misma forma si se buscara un proceso, con la diferencia de que en el desplegable Table se seleccionaría Universo Procesos. Otro aspecto importante es que en función del nivel que se selecciona en S ubs et , el índice jerárquico será más amplio o menos y por lo tanto es posible que se
tenga que buscar más hasta encontrar el material que se quiere. Por lo tanto, es importante antes de realizar una búsqueda saber si el material que se pretende
20
encontrar es un material común (Nivel 1 o 2) o se trata de un material poco convencional o de usos técnicos avanzados (Nivel 2 o 3). Si se han seguido correctamente las instrucciones de búsqueda para acero bajo en carbono descritas en la página anterior debería aparecer en pantalla una ficha como la de la Figura 6.4.
Figura 6.3 - Acero bajo en carbono
21
Tal y como se puede observar en la Figura 6.4, se presenta una descripción del material en concreto y una serie limitada de diversas propiedades y datos técnicos, en este caso al estar en nivel 1, se trata de propiedades básicas. Si se tuviera alguna duda o no se recordara el significado de alguna de las propiedades descritas (todas aquellas que están en color azul), el programa da la posibilidad al usuario de refrescar memoria simplemente dando un click encima de la propiedad en cuestión. Por ejemplo, si no se recuerda que es el Módulo de Young, simplemente situando el cursor encima de la propiedad mecánica Módulo de Young (una vez se sitúa encima se observará como el puntero del ratón cambia y se subraya la propiedad) y clicando encima se abrirá una ventana como la de la Figura 6.5.
Figura 6.4 - Módulo de Young
22
La Figura 6.5 es sólo una pequeña parte de toda la información que aparecerá en pantalla sobre la selección, en este caso Módulo de Young. Por lo tanto se dispone de una información técnica complementaria que se puede revisar cuando sea necesario, de todas las propiedades descritas en la página del material o proceso seleccionado.
6.2.2. Uso de la orden Search
S earch (Buscar)
Esta orden, conjuntamente con la descrita anteriormente, Browse , son las dos órdenes que se utilizan para buscar dentro de la base de datos. La diferencia entre esta orden y la anterior es simple: con esta orden no hay necesidad de buscar en un índice jerárquico, simplemente se debe introducir el nombre del material, proceso, fabricante o referencia que se desea y se buscará automáticamente. El menú que se mostrará al seleccionar esta orden es el siguiente (Figura 6.6).
Figura 5.6 - Menú S earch
Como se puede observar en la Figura 6.6 hay dos desplegables, Find what y Look in table. En el primero se escribirá el motivo de la búsqueda, aquello que se quiere
23
buscar en la base de datos. El segundo desplegable trabaja a modo de filtro, aquí se selecciona el lugar donde se quiere realizar la búsqueda, a elegir entre: Fabricantes, Referencias, Universo Materiales, Universo Procesos y < All tables> (Todas las tablas). Es importante recordar que todos los resultados que se encuentren serán del nivel en el que se esté en ese momento, es decir, si al iniciar CES EduPack se ha seleccionado nivel 1, toda la información sobre nuestra búsqueda será presentada en nivel 1. Veamos un ejemplo:
6.2.2.1. Ejemplo de utilización de la orden Search
Se va a realizar la búsqueda de un proceso de mecanizado, por ejemplo corte por láser. Para ello tal y como se ha descrito anteriormente se escribirá aquello que se quiere buscar en el primer desplegable, en este caso “ corte por láser ”. A continuación en el segundo desplegable se seleccionará la zona de la base de datos donde se quiere realizar la búsqueda, en este caso y como se sabe previamente que corte por láser es un proceso, se seleccionará Universo Procesos. A continuación se hará click en Find Now y aparecerán abajo los resultados, que en este caso deberían ser los mostrados en la Figura 6.7.
Figura 6.6 - Resultados búsqueda
24
Como se puede observar han aparecido 4 resultados, entre ellos el que se estaba buscando. El resto de resultados que aparecen en pantalla han sido mostrados porque dentro de toda la información que contienen cada uno de ellos aparecen las palabras corte y laser. Por esta razón, es importante ser preciso a la hora de realizar una búsqueda concreta ya que de lo contrario aparecerían muchísimos resultados. Otro aspecto importante a remarcar y ya comentado anteriormente es el de el nivel en el que se muestra la información de la búsqueda. La información mostrada en pantalla será siempre del nivel en el que el usuario se encuentre. Si en algún momento se desea cambiar la información mostrada en pantalla por una más amplia o menos, se puede hacer cambiando el nivel en la misma ficha del proceso o material que se esté observando en pantalla, sin necesidad de ir al menú de selección de nivel.
Figura 6.7 - Corte por laser
25
En la parte superior de la Figura 6.8 se dispone de un desplegable denominado Layout con el cual se puede cambiar el nivel en el que se desea ver la información. En
el caso de este ejemplo se está mostrando la información en nivel 1, por lo tanto si se quiere una información más amplia simplemente hay que situarse en el desplegable y seleccionar un nivel superior.
26
7. SELECCIÓN DE MATERIALES CES EDUPACK Ya se han visto las dos herramientas de búsqueda, Browse y Search, con las cuales se explora la base de datos del programa y se puede encontrar cualquier contenido perteneciente a CES EduPack. Ahora se va a analizar a fondo la herramienta más importante, con la cual se identifica el programa. Se trata de la orden Select .
S elect (Seleccionar)
Esta es la herramienta que le da identidad al programa, ya que es la propia de un software de selección de materiales, la que permite al usuario realizar la selección del material o proceso que pretende buscar a través de una serie de etapas o filtros de búsqueda denominados S tages que se verán detalladamente más adelante. Es importante recordar que para el uso correcto de esta herramienta es necesario tener unos conocimientos técnicos previos sobre la Ciencia de los Materiales ya que se va a trabajar con una serie de propiedades técnicas y parámetros que es importante conocer para que el resultado de la búsqueda sea satisfactorio y no genere confusión. A continuación en la Figura 7.1 se puede observar el menú que aparecerá en pantalla al activar la orden Select .
27
Figura 7.1 - Menú S elect
Como se puede observar en la Figura 7.1, el menú está dividido en 3 bloques: 1. Selection Data: Este bloque permite seleccionar la base de datos con la que se
quiere trabajar. Tal y como se muestra en la Figura 7.1, se está en la base de datos de los niveles 1 y 2. Si se quisiera cambiar la base de datos simplemente se pulsaría el botón situado en la parte superior derecha Change y se seleccionaría la base de datos que se quisiera. Una vez seleccionada la base de datos, con el desplegable S elect from, se selecciona la zona de la base de datos de un nivel determinado en la
que se quiere realizar la selección. En el caso de la base de datos para niveles 1 y 2 estas serían las opciones (Figura 7.2).
28
Figura 7.2 - Desplegable S elect from
En función de si el objetivo de la búsqueda es un material o un proceso se elegirá una opción u otra. También hay que tener en cuenta que dependiendo del nivel en el que se vaya a realizar la selección el abanico de posibilidades será más extenso o menos. Por lo tanto y como ya se ha mencionado anteriormente, es importante saber situarse en el nivel adecuado. 2. S election S tages : Este es el bloque con el cual se aplican los filtros o etapas para
la selección del material o proceso. Se dispone de 3 tipos de S tag es (etapas): Graph, Limit y Tree. Más adelante se verán ejemplos de aplicación detallados de cada una de
ellas. 3. R es ults : Como su nombre indica éste es el bloque en el que se muestran los
resultados de la selección una vez aplicada la etapa o etapas determinadas. Se tiene la posibilidad de gestionar los resultados mediante dos desplegables, S how y Rank by. Para entender mejor el funcionamiento de estos tres bloques y de todas las opciones que contienen cada uno de ellos, se van a mostrar más adelante una serie de ejemplos en los que se trabaje con todas estas órdenes que se han mencionado. Para ello se mostrará un ejemplo de selección primero aplicando cada una de las etapas por separado y seguidamente otro en el que se apliquen más de una etapa simultáneamente para realizar una selección.
29
7.1. Selección a través de la etapa Graph Veamos cómo se realiza una selección mediante el uso de la etapa Graph . Esta etapa, como su nombre indica, consiste en la selección de un material o proceso mediante la gestión de los datos que muestra una gráfica determinada. Tal y como se verá más adelante en el ejemplo de utilización de la etapa Graph, antes de generar una gráfica se deben especificar dos atributos, uno para el eje de ordenadas y otro para el de abscisas. En función de los atributos que se hayan seleccionado pueden aparecer distintos tipos de gráficas.
7.1.1. Tipos de diagrama En concreto existen 4 tipos diferentes de diagramas:
Diagrama de burbujas
Diagrama booleano
Diagrama de barras
Diagrama de rangos
30
7.1.1.1. Diagrama de burbujas
Figura 7.3 - Diagrama de burbujas
Éste es el tipo diagrama que se va a presentar con más frecuencia a la hora de seleccionar un material. En este caso, tal y como se puede ver en la Figura 7.3, se ha escogido como atributo para el eje de las abscisas la propiedad Modulo de Young, y Resistencia a tracción como atributo para el eje de ordenadas. Cada una de las diferentes burbujas representa un material diferente y cada uno de los diferentes colores una distinta familia.
31
7.1.1.2. Diagrama booleano
Figura 7.4 - Diagrama booleano
Este diagrama se nos presenta cuando escogemos para eje de abscisas y ordenadas atributos adimensionales, en este caso tal y como se puede apreciar en la Figura 7.4 se han escogido como atributos dos cuestiones. Se trata de un diagrama muy común a la hora de seleccionar procesos.
32
7.1.1.3. Diagrama de barras
Figura 7.5 - Diagrama de barras
El diagrama de barras se presenta cuando tan sólo se fija un atributo en un único eje de coordenadas. En la Figura 7.5 se puede ver como se ha fijado un atributo al eje de ordenadas, densidad, mientras que en el eje de abscisas no se ha fijado ningún atributo. De la misma forma que se ha atribuido un atributo dimensional también se podría atribuir uno que no lo fuera, en ese caso la gráfica sería similar a la presentada en el apartado anterior, diagrama booleano. Cada barra de las que se observan representa un material y cada color una familia. La longitud de cada una de las barras depende del rango en que podamos encontrar el atributo seleccionado en ese material.
33
7.1.1.4. Diagrama de rangos
Figura 7.6 - Diagrama de rangos
Este tipo de diagrama es una combinación del diagrama de barras y el diagrama booleano. Este diagrama se presenta cuando se fija un atributo dimensional a un eje de coordenadas y otro adimensional al eje restante. Como se puede observar en la Figura 7.6, se ha escogido un atributo adimensional para el eje de abscisas, coste relativo del equipamiento, y para el eje de ordenadas uno dimensional, rango de masas.
34
7.1.2. Creación de diagramas Ya se han visto los diferentes tipos de diagrama que se pueden crear en función de los atributos que se seleccionen. Ahora se va a mostrar de qué forma se crean estos diagramas. Para empezar se debe estar situado dentro de la orden Select , y activar la etapa Graph.
Graph (Gráfico)
Una vez activada la etapa se abrirá una ventana como la mostrada en la Figura 7.7.
Figura 7.7 - Menú etapa Graph
35
Tal y como se puede ver en la Figura 7.7 la ventana dispone de dos pestañas, X-A xis y Y-Axis , ambas son identicas. En cada una de ellas se dispone de 3 bloques, A xis Pr operty D efinition, A xis S etting s y Parameters : A xis Property Definition : En este bloque se han de especificar las propiedades o
atributos que se quiere fijar a los ejes de coordenadas. Se dispone de dos desplegables: Category y A ttri bute. En el primero se selecciona la categoría del atributo. Estas cambiarán en función de si estamos seleccionando un material o un determinado proceso. Si se eligiera un material se podría elegir por ejemplo entre: propiedades generales, propiedades mecánicas, propiedades térmicas, etc. En el restante se selecciona el atributo teniendo en cuenta que cada categoria tiene sus atributos correspondientes. A xis S etting s : En este bloque se pueden configurar parámetros como la escala y
distribución del diagrama. Se dispone para ellos de 4 casillas: Logaritmic , Linear , A utoes cale y S et . Los parametros por defecto siempre seran Logaritmic y A utoes cale. También se dispone de un apartado, A xis Title, en el que se puede
introducir un título al eje de coordenadas correspondiente. Por defecto este título siempre será el nombre del atributo seleccionado en el bloque anterior. Parameters : En este bloque se pueden modificar valores de parámetros
pertenecientes a un eje. Los valores de los parámetros están establecidos por defecto y son validos para cualquier tipo de diagrama. Por lo tanto, para la creación de un diagrama únicamente hay que especificar una serie de atributos y parametros que se encuentran en los 3 bloques que se han descrito anteriormente.
7.1.2.1. Opciones Avanzadas
En el apartado anterior se ha visto cómo se fijan una serie de atributos predeterminados a los ejes de coordenadas. Pero también se tiene la posibilidad de atribuir a dichos ejes otro tipo de atributos no disponibles en el desplegable
36
correspondiente. Para ello en la Figura 7.7 se puede observar que se dispone de una opción a la derecha del desplegable Category denominada A dvanced . Si se hace activa esta opción se abrirá una ventana como la mostrada a continuación (Figura 7.8);
Figura 7.8 - Menú Advanced (A ttributes )
Como se puede apreciar en la Figura 7.8, se dispone de 3 pestañas, A ttri butes , Trees , y Constants/Parameters . Los datos mostrados en cada una de las pestañas
cambiarán en función de si se esta seleccionando un material o un proceso. La Figura 7.8 corresponde a la selcción de un material.
37
A ttributes : Esta pestaña nos permite fijar en un eje de coordenadas operaciones con
los atributos. Para ello, como se puede observar en la Figura 7.8, se dispone de una serie de signos matemáticos justo encima de las pestañas. Los atributos se introducen seleccionandolos y clickando la orden Insert , los símbolos matemáticos se introducirán clickando encima de ellos o con el teclado pulsando la tecla con el mismo símbolo que aparece en la ventana, también se podrán introducir números con el teclado si fuese necesario. La lista de atributos de que se dispone se puede filtrar mediante el desplegable de que se dispone a la izquierda de la orden Insert . Solamente se podrán formular operaciones con atributos dimensionales y solo una operación por eje de coordenadas.
Figura 7.9 - Menú A dvanced (Trees )
38
Trees : Esta pestaña nos permite fijar a un eje de coordenadas materiales, procesos,
referencias o fabricantes. Para fijar al eje la elección se seleccionará dicha elección y se clickará en Insert . Al contrario que en la pestaña anterior ( Figura 7.8) que solo se puede introducir una operación por eje, en esta se pueden fijar a un eje varias selecciones.
Figura 7.10 - Menú Advanced (Constants /Parameters )
39
Constants/Parameters : Esta pestaña (Figura 7.10) es un complemento a la pestaña A ttributes . Se dispone de una serie de parámetros y constantes universales que se
pueden utilizar para añadirlas a la operación formulada en la pestaña A ttri butes . Al igual que en las otras pestañas (Figura 7.8 y Figura 7.9), para introducir cualquier constante o parámetro se seleccionará y se hará click en Insert .
7.1.3. Herramientas de edición y selección de los diagramas Una vez realizada la creación del diagrama deseado se dispone de una serie de herramientas para realizar la selección de materiales y para la edición del propio diagrama. Se van a mostrar dichas órdenes y cada una de las diferentes funciones que éstas ofrecen.
Figura 7.11 - Diagrama
40
Como se puede observar en la Figura 7.11 se dispone de una serie de herramientas en la parte superior del diagrama, justo debajo del título. A continuación se van a describir las más importantes.
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
11 12
Figura 7.12 - Herramientas diagrama
1. Properties : Esta herramienta permite volver al menú de creación del d iagrama para
realizar cambios en los atributos fijados a los ejes. También permite configurar alguna de las opciones del diagrama una vez realizada una selección.
Figura 7.13 - Menú Properties (Graph)
41
Si activamos la herramienta Properties se presentará en pantalla una ventana como la de la Figura 7.13. Como se puede apreciar se dispone de 3 pestañas. Las dos últimas son idénticas a las del menú de creación de diagrama de la etapa Graph (Figura 7.7). La pestaña S tag e permite visualizar algunos datos de interés y configurar algunas opciones. En la parte superior justo debajo del recuadro Notes , se muestran 3 datos: R ecord in s tag e muestra el número de materiales con el que se está trabajando en el
diagrama (en este caso al estar en nivel 2 se dispone de 98 materiales diferentes); Pas s ing this s tag e muestra el número de materiales que pasan la selección (en este
caso como no se ha aplicado ninguna herramienta de selección todos los materiales pasan la etapa). Por último Pass ing all stag es muestra el número de materiales que pasan todas las etapas de selección, siempre y cuando se hayan aplicado más de una. Por otra parte más abajo se dispone de un desplegable denominado Pass when en el cual tenemos dos opciones: any part within recor d s election y whole record within s election . La primera opción establece que aquellos materiales que sean atravesados
por la línea de selección también pasarán la etapa, por otra banda, la opción restante establece que solo pasarán la etapa aquellos materiales que estén dentro de la zona de selección y que en ningún caso estén tocando la línea de selección. El resto de opciones de que se dispone justo debajo del desplegable son opciones de edición del diagrama que están disponibles también en las herramientas del diagrama por lo que se describen más adelante. 2. Point-Line S election : Esta es una herramienta de selección, con ella se puede
introducir una línea que dividirá el diagrama en dos partes y escoger cualquiera de las dos partes como selección. Simplemente se ha de activar la orden y mantener pulsado el botón izquierdo del ratón en aquella zona del diagrama que se desee, a continuación moviendo el ratón se podrá editar la pendiente de la línea creada. Una vez creada la línea se seleccionará la parte del diagrama que se quiera.
42
Figura 7.14 - Selección a través de Point-Line S election
Como se puede apreciar en la Figura 7.14 la zona seleccionada se mantiene en color mientras la zona restante pasa a color gris. También se puede apreciar como se seleccionan también aquellos materiales que son atravesados por la línea de selección. Si se quisiera tan solo que se seleccionaran aquellos materiales que están justo por debajo o encima de la línea de selección se tendría que ir a la orden Properties y tal y como se ha descrito en dicha orden activar la opción whole record within s election del desplegable. Una vez activada esta opción el diagrama mostrado
será como el mostrado en la Figura 7.15.
43
Figura 7.15 - Whole r ecord within s election activado
3. G radient-Line S election : Ésta es una herramienta de selección idéntica a la
anterior con la diferencia de que en este caso la pendiente no se introduce moviendo el ratón, sino que la pendiente se introduce numéricamente con el teclado. Una vez se haya activado la orden aparecerá en pantalla una ventana que pedirá que se introduzca la pendiente, por defecto está pendiente será siempre de 1. Una vez introducido el valor de la pendiente se ha de pulsar con el ratón en aquella zona del diagrama donde se quiere realizar la línea de selección. 4. Box Selection : Esta herramienta de selección permite realizar una selección a
través de un recuadro. Para ello se activa la orden y seguidamente se va a la zona del diagrama donde se quiere realizar la selección y manteniendo el boton izquierdo del raton pulsado y moviendo el raton se realiza el recuadro.
44
Figura 7.16 - Selección a través de Box Selection
Como se puede observar en la Figura 7.16 también se nos han seleccionado aquellos materiales que son atravesados por las líneas de selección del recuadro. Si se desea que esto no suceda se ha de realizar la operación descrita anteriormente. 5. Delete S election : Esta herramienta permite limpiar el diagrama de cualquier
selección que se haya realizado y dejarlo en su estado inicial antes de haber aplicado cualquier tipo de herramienta de selección. 6. Text : Esta herramienta permite realizar anotaciones en el diagrama. Para ello se
debe activar y seguidamente hacer click en la zona del diagrama donde se quiere realizar la anotación. Automáticamente se generará un cuadro de texto ( Figura 7.17) donde se podrá escribir la anotación.
45
Figura 7.17 - Herramienta Text
7. Zoom in : Esta herramienta permite realizar un zoom en la parte del diagrama
deseada. Se pueden realizar hasta un máximo de 12. 8. Normal Size: Esta herramienta permite volver al tamaño original del diagrama una
vez se han realizado aumentos. 9. Family Envelopes : Esta herramienta genera una burbuja que engloba a todos los
materiales de una misma familia (Figura 7.18).
46
Figura 7.18 - Herramienta Family Envelopes
Tal y como se puede apreciar en la Figura 7.18 se han generado 8 burbujas de diferente color que corresponden a las 8 familias distintas de materiales de las que se dispone. Para saber a qué familia corresponde cada color se debe hacer click con el ratón dentro de la región de la familia en cuestión y manteniendo pulsado el botón del ratón arrastrar la ventana con el nombre que se generará a la zona del diagrama que se quiera (Figura 7.19). De igual forma para saber a qué material corresponde cada burbuja realizaremos exactamente la misma operación, click encima de la burbuja y sin soltar el botón del ratón arrastrar la ventana con el nombre que se generará a la parte del diagrama que se desee (Figura 7.19). Para eliminar cualquiera de estas etiquetas con el nombre que se generan se ha de hacer click encima de una y seguidamente pulsar la tecla suprimir.
47
Figura 7.19 - Diagrama con nombres
10. Black and White: Esta herramienta permite cambiar el color de todas las burbujas del diagrama y pasarlas a blanco y negro (Figura 7.20).
48
Figura 7.20 - Herramienta B lack and White
11. Hide Failed Records : Esta herramienta permite ocultar todas aquellas burbujas
que no pasan nuestra selección una vez aplicada alguna de las herramientas de selección descritas anteriormente. 12. Guideline: Esta herramienta genera una serie de líneas de referencia en el
diagrama con una pendiente determinada que se introducirá al activar la orden en una ventana que aparecerá en pantalla. Por defecto la pendiente será siempre de 1 (Figura 7.21).
49
Figura 7.21 - Herramienta Guideline
7.1.4. Ejemplo de selección a través de la etapa Graph Ya se han visto todos los tipos de diagrama que se pueden generar en función de los atributos que se fijen a los ejes y todas las herramientas de edición y selección de las cuales se dispone. A continuación se va a mostrar un ejemplo en el cual se realizará la selección de un material mediante esta etapa en concreto. El ejemplo que se propone es el siguiente: Se requiere un material con una buena relación precio-límite elástico y precioresistencia a la compresión. Es decir, un material con el menor precio posible que sea lo más elástico y resistente a la compresión posible.
50
Para resolver este problema la etapa Graph es justo la etapa idónea, ya que mediante la creación de diagramas se podrá observar el universo de materiales en función de los parámetros descritos en el enunciado. Para esta selección se utilizara la base de datos de nivel 2. Para empezar a realizar la selección se activará la etapa Graph y se procederá en primer lugar a la creación del diagrama precio-límite elástico ( Figura 7.22).
Figura 7.22 – Precio - Límite elástico
A continuación mediante la herramienta Box Selection se seleccionará la parte del diagrama que cumpla mejor la relación descrita por el enunciado ( Figura 7.23).
51
Figura 7.23 - Selección del area óptima
Ahora solo falta aplicar la última condición, buena relación precio-resistencia a la compresión (Figura 7.24).
52
Figura 7.24 - Precio - Resistencia a la compresión
Tal y como se puede observar en la Figura 7.24 solo permanecen en color aquellos materiales que han pasado la primera etapa de selección. Para finalizar la selección se utilizará la herramienta Point-Line Selection con el fin de acotar y seleccionar aquellos materiales con mejor resistencia a la compresión ( Figura 7.25).
53
Figura 7.25 - Acotación del diagrama
Una vez aplicadas las dos etapas, se llega a dos posibles soluciones ( Figura 7.26):
Figura 7.26 - Soluciones
54
Por lo tanto, los materiales que se adaptan mejor a las condiciones establecidas son los aceros.
7.2. Selección a través de la etapa Limit La etapa Limit no contiene diagramas a diferencia de la etapa anterior, el método de selección es diferente. Pero ambas comparten algo en común, los atributos. En la etapa Graph se fijaban atributos a los ejes de coordenadas para generar una gráfica, en esta etapa se dispone de los mismos atributos que en la etapa anterior pero esta vez es el usuario el que debe dar valor a dichos atributos. Para empezar a realizar la selección a través de esta etapa se debe estar situado en la orden Select y activar la etapa Limit.
Limit (Límite)
Una vez activada esta etapa aparecerá un menú similar al mostrado en la Figura 7.27:
Figura 7.27 - Menú Limit
55
En función de si la selección es un material o un proceso, el menú mostrará una serie de propiedades u otras. La Figura 7.27 corresponde a la selección de un material. Cada uno de los títulos mostrados en pantalla es un desplegable en el cual se encuentran todos los parámetros con los que se puede trabajar para realizar la selección.
Figura 7.28 - Parámetros de selección
56
La Figura 7.28 muestra algunos de los parámetros que pueden intervenir en la selección del material. No es necesario fijar valores a todos los parámetros, tan solo a aquellos que vayan a intervenir en la selección. Se dispone de dos tipos de parámetros, dimensionales y adimensionales. A los atributos dimensionales se les puede asignar dos valores: un mínimo y un máximo. Todas las soluciones propuestas una vez aplicada la etapa estarán entre los rangos fijados de los atributos. En caso de solo asignar un valor al mínimo, el programa interpreta que no hay ningún valor máximo y que por lo tanto la selección no estará acotada por arriba y seleccionará todos aquellos materiales con el valor del atributo más grande o igual al asignado. De lo contrario, si se asigna tan solo el valor máximo el programa interpretara que la selección no está acotada por abajo y seleccionará todos aquellos materiales con el valor del atributo más pequeño o igual al asignado. Por otra parte, también se dispone de atributos adimensionales. A estos atributos no se les fijará un valor, sino que se marcará una o varias de las opciones que se muestran. Se puede ver un ejemplo en la Figura 36, es el caso de ¿Conductor térmico o aislante?
7.2.1. Aplicación de la etapa Limit El método de aplicación de esta etapa consiste en asignar un rango de valores a aquellos parámetros que van a intervenir en nuestra selección. Por lo tanto es importante saber el orden dimensional en el cual se mueven los parámetros que van a intervenir en la selección por tal de asignarle un valor coherente. Para ello el programa dispone de una ayuda. Como se puede observar en Figura 7.28, justo en la parte izquierda de la casilla Minimum de todos los atributos dimensionales se dispone de un icono. Si se pulsa este icono aparecerá en pantalla una ventana en la cual se podrá apreciar el rango de valores en los cuales se mueve cada una de las distintas familias de materiales. La Figura 7.29 que se muestra a continuación corresponde a la ventana que aparece al pulsar dicho icono del parámetro Modulo de Young.
57
Figura 7.29 - Rango Modulo de Young
Una vez se han asignado todos los valores a los parámetros deseados se pulsará el icono Apply situado en la parte superior de la Figura 7.28 para aplicar la etapa y ver los resultados. A la derecha de este icono se dispone de otro denominado Clear que permite al usuario limpiar todas las casillas que se han rellenado con valores y dejar el menú de selección en su estado inicial. También se dispone de otro icono a la izquierda del Apply denominado Properties (Figura 7.28).
58
Figura 7.30 - Menú Properties (Limit )
Este menú (Figura 7.30) es similar al de la etapa Graph (Figura 7.13), contiene el mismo desplegable: Pass when. La función de este desplegable es la misma que en la etapa anterior, siempre que éste seleccionada la opción any part of record within selection entrarán dentro de la selección aquellos resultados que sean iguales a los
valores de los rangos fijados a los atributos o estén entre esos rangos. Por otra parte, si está seleccionada la opción whole record within selection sólo entrarán dentro de la selección aquellos resultados que estén entre los valores de los rangos fijados a los atributos y nunca los que sean iguales a dichos valores.
59
7.2.2. Ejemplo de selección a través de la etapa Limit El ejemplo que se propone para entender mejor el funcionamiento y modo de empleo de la etapa Limit es el siguiente: Se requiere un material para fabricar un instrumento musical que cumpla los siguientes requisitos: Módulo de Young: 70-90 GPa Módulo a cortante: ≥40 GPa Coeficiente de Poisson: ≥0.3 Límite elástico: 100-300 MPa Resistencia a tracción: ≥500 MPa Resistencia a compresión: ≥500 MPa Para resolver este problema es ideal la aplicación de la etapa Limit , ya que se dan una serie de datos numéricos que únicamente tendremos que introducir en el menú de la etapa para ver que posible soluciones se proponen. Para ello se utilizará la base de datos de nivel 2.
60
Figura 7.31 - Datos etapa Limit
Por lo tanto, para resolver el problema se activará la etapa Limit y se introducirán los datos proporcionados por el enunciado tal y como se muestra en la Figura 7.31. Una vez introducidos los datos se pulsará el icono Apply para aplicar la etapa.
61
Figura 7.32 - Resultados etapa Limit
Una vez aplicada la etapa se mostraran los resultados en el listado Results de la parte izquierda de la pantalla. Tal y como se puede ver en la Figura 7.32, únicamente ha cumplido con todos los requisitos un solo material de los 98 de la base de datos, el Latón.
7.3. Selección a través de la etapa Tree La etapa Tree es una etapa complemento a las otras dos anteriores. Funciona a modo de filtro y con tan solo ésta no se suelen realizar selecciones. Esta etapa se encarga de extraer de la base de datos aquello que el usuario desee.
62
Al igual que en las otras dos etapas para empezar a realizar la selección a través de esta etapa se debe estar situado en la orden Select y y activar la etapa Tree.
Tree (Árbol)
Una vez activada esta etapa aparecerá un menú similar al mostrado en la Figura 7.33: 7.33:
Figura 7.33 - Menú Tree
63
Como se puede observar en la Figura 7.33 7.33 se dispone de una pestaña denominada Trees y de un desplegable justo debajo en el cual podemos encontrar los cuatro
grandes grupos de la base de datos: Universo Materiales, Universo Procesos, Fabricantes y Referencias. El modo de aplicación de esta etapa consiste en seleccionar cualquiera de las familias, subfamilias, materiales o procesos del índice jerárquico que se presenta en pantalla y hacer “click ” en Insert . Esta acción se puede realizar las veces que se quiera y alternándose con cualquiera de los grupos de los que se dispone en el desplegable. Se observará que las selecciones irán apareciendo en el recuadro Selected record . Una vez realizada esta operación pulsando el botón OK se se aplicara la etapa. Para entender mejor el funcionamiento y modo de empleo de esta etapa se presenta un ejemplo a continuación.
7.3.1. Ejemplo de selección a través de la etapa Tree Tal y como se ha comentado en el apartado anterior esta etapa es un complemento a las otras dos, por lo tanto aplicando tan solo esta etapa no se llegara casi nunca a una única solución. El ejemplo didáctico que se propone para entender mejor el funcionamiento de esta etapa es el siguiente: Se quiere realizar la selección de un material con una serie de características que ha de cumplir y como requisito imprescindible se pide que el material pueda ser conformado por una fundición a alta presión mediante una colada en molde. molde. Por lo tanto, se necesita saber qué materiales de la base de datos pueden ser fundidos a alta presión y colados en un molde. Para ello se utilizará la etapa Tree en la base de datos de nivel 2.
64
Figura 7.34 - Fundición a alta presión ( Tree)
7.34, se Una vez activada la etapa Tree, tal y como se puede ver en la Figura 7.34, seleccionará del desplegable el grupo Universo Procesos y se buscará en el índice jerárquico jerárquico el proceso de fundición fundición a alta presión. Una vez seleccionado seleccionado se hará click Selected records) y a continuación en en Insert (aparecerá (aparecerá la selección en el recuadro Selected records OK para para aplicar la etapa.
65
Figura 7.35 - Soluciones etapa Tree
La Figura 7.35 muestra el menú con las soluciones que aparecerá en pantalla una vez aplicada la etapa. En la parte izquierda dentro del listado Results se pueden ver las soluciones propuestas. Se han seleccionado 12 de los 98 materiales de los que dispone la base de datos de nivel 2. Estos 12 son los cuales pueden ser conformados mediante fundición a alta presión por colada en molde. En el recuadro central de la pantalla se dispone de un icono denominado Show que si se pulsa también muestra los resultados (Figura 7.36).
66
Figura 7.36 - Menú de resultados Show
7.4. Selección a través de la combinación de las tres diferentes etapas A lo largo de este manual de usuario se han ido viendo las diferentes funciones y características de cada una de las etapas para la selección. A la hora de realizar una selección, hasta ahora, siempre se ha utilizado una única etapa. Esto no significa que no se pueda realizar una selección combinando las tres diferentes etapas. Se puede ser más preciso a la hora de realizar la selección si se conoce perfectamente la función de cada una de las etapas y se es capaz de interpretar cuales pueden ser más útiles cuando se nos presenta un problema. A continuación se va a plantear un problema en el que se podrá observar como combinando las tres diferentes etapas se consigue llegar a una solución de una manera más rápida y sencilla.
67
7.4.1. Ejemplo de selección a través de la combinación de las tres diferentes etapas Se plantea el siguiente problema: Se pide diseñar el cuadro de una bicicleta de carretera para la alta competición. Hay que tener en cuenta que el cuadro de esta bici deberá ser lo más ligero posible ya que los corredores tendrán que subir puertos de montaña y no se quiere que el peso de la bici sea una lastra. Antes de empezar con la selección del cuadro para la bici es importante hacerse una idea de las propiedades que este material deberá tener por tal de que puede soportar los esfuerzos a los que se verá sometido. Es evidente que el material del cuadro de la bici será un material lo suficientemente rígido como para no quebrar cuando se monte en la bici el ciclista. Por otra parte, también es lógico pensar que el cuadro de la bici será de algún tipo de aleación o compuesto, por lo que se puede descartar cualquier tipo de polímero o cerámica. Por último también se puede afirmar que el material del cual se compondrá el cuadro deberá ser un material con un límite elástico elevado ya que interesa que sea un material fuerte que no se deforme con facilidad. Una vez realizado este sencillo análisis de las propiedades, se puede proceder a la selección del material. En primer lugar, con la ayuda de la etapa Tree se eliminaran del mundo de materiales los polímeros y los materiales cerámicos (Figura 7.37).
68
Figura 7.37 - Etapa Tree
Con la aplicación de esta etapa se consigue reducir a la mitad el número de posibles materiales. Ahora con la ayuda de la etapa Graph se acotará el Modulo de Young (Figura 7.38).
69
Figura 7.38 - Etapa Graph
Como se puede apreciar en la Figura 7.38, se ha escogido un valor para el Modulo de Young alto por tal de descartar materiales con poca rigidez que no vayan a soportar los esfuerzos a los que va a estar sometido el cuadro de la bicicleta. A continuación con la etapa Limit se introducirán valores límite para densidad y límite elástico (Figura 7.39).
Figura 7.39 - Etapa Limit
70
Aplicando estos límites se ha conseguido acotar la selección ya que se ha impuesto como condición que la densidad no sea superior a 2000 Kg/m 3 y un límite elástico de cómo mínimo 100 MPa. Una vez aplicada esta última etapa se puede observar como ya solo quedan 4 materiales en el apartado Results (Figura 7.40).
Figura 7.40 - Results
Estos son los 4 materiales que cumplen todas las condiciones establecidas. Para la selección de uno de ellos ahora se van a analizar mediante una tabla de resultados las principales propiedades y el precio de cada uno de ellos. TABLA DE RESULTADOS MODULO DE
LÍMITE
DENSIDAD
YOUNG
ELÁSTICO
PRECIO
(Kg/m3)
(GPa)
(MPa)
(USD/Kg)
1500 - 1950
42 - 47
115 - 410
4,57 – 5,03
1750 – 1870
42 – 47
70 - 215
4,63 – 5,1
CFRP
1500 – 1600
69 – 150
550 - 1050
19,4 – 21,4
GFRP
1750 - 1970
15 - 28
110 - 192
40,1 – 44,1
MATERIAL Aleaciones de Magnesio para forja Aleaciones de Magnesio para fundición
Figura 7.41 - Tabla de resultados
71
Las tablas de resultados son interesantes ya que permiten analizar de forma visual y rápida todas las propiedades indispensables de cada uno de los materiales y facilitan el análisis. Como se puede observar en la tabla de resultados el material con mejores propiedades es el CFRP, ya que es el más ligero de todos y el que posee un Módulo de Young y Límite Elástico más elevado. Por otra parte el precio quizás sea algo elevado, pero en el enunciado del problema no se comenta que se tenga que tener en cuenta el precio en la selección. Así que esta podría ser la solución perfecta. Sin embargo, en el mundo del diseño es imprescindible tener en cuenta siempre el precio de las materias primas, por lo que esta quizás no sería la solución más viable. La aleación de magnesio para forja sería la mejor opción si se tuviera en cuenta el precio en el diseño del cuadro, ya que cumple todos los requisitos establecidos y el precio es mucho más económico que el del CFRP. Si se observan las fichas de ambos materiales se puede verificar que en sus usos típicos consta la fabricación de bicicletas, por lo que podemos considerar que el proceso de selección ha sido exitoso.
72
8. DISEÑO DE PRÁCTICAS
A continuación se muestran las 3 prácticas diseñadas para ser solucionadas con el software CES EduPack. Cada una de ellas está realizada con un nivel diferente siendo la primera de nivel 1, la siguiente de nivel 2 y la ultima de nivel 3. Éstos son cada uno de los niveles de CES Edupack con los que tendrá que ser resuelta la práctica. El nivel de dificultad de las prácticas va subiendo conforme se avanza de nivel, estando pensadas cada una de ellas para el siguiente grupo de alumnos: NIVEL 1: Alumno con un nivel de conocimientos básicos sobre la Ciencia de los Materiales que esté cursando alguna asignatura relacionada con la materia. NIVEL 2: Alumno con un nivel de conocimientos intermedios sobre la Ciencia de los Materiales que ya ha cursado al menos una asignatura relacionada con la materia. NIVEL 3: Alumno con un nivel de conocimientos avanzado sobre la Ciencia de los Materiales que ya ha cursado varias asignaturas relacionadas con la materia. Conjuntamente con las prácticas se ha diseñado un tutorial con las funciones básicas del programa. Este tutorial se incluirá conjuntamente con el enunciado de la práctica.
73
8.1. Tutorial de funcionamiento básico de CES EduPack Al ejecutar el programa aparecerá una pantalla de selección de nivel como la mostrada en la Figura 1.
Figura 8.1 – Menú de selección de nivel
En la Figura 8.1 es donde se seleccionará el nivel en el que queremos realizar la selección. En el título de la práctica está indicado el nivel en el que se debe realizar. Si se eligiera un nivel equivocado, éste se podría cambiar sin ningún tipo de problema con una opción que se verá más adelante. Una vez escogido el nivel correspondiente aparecerá una pantalla similar a la mostrada en la Figura 8.2.
74
Figura 8.2 - Menú principal
A continuación se describen las principales funciones que se utilizarán.
Figura 8.3 - Herramientas principales
Como se puede ver en la Figura 8.3, son tres las principales funciones que se utilizaran en CES EduPack 2010. Las dos primeras, Browse y Search, serán las ordenes que se utilizarán para explorar la base de datos y realizar búsquedas. Por otra parte, Select , será la orden que se utilizará siempre que se quiera realizar una selección de un material o proceso.
75
Figura 8.4 - Opciones de selección
En la Figura 8.4 se puede observar la orden comentada anteriormente con la cual se puede cambiar de nivel cuando se quiera. También se puede observar el desplegable Select from con el cual se escoge si la selección va ser de un material o de lo contrario
de alguno de los tres procesos disponibles: tratamiento superficial, conformado o unión. Una vez seleccionado el motivo de nuestra selección se dispone de 3 etapas diferentes con las cuales se puede realizar la selección en cuestión ( Figura 8.5).
Figura 8.5 - Etapas disponibles
76
A continuación se describe el funcionamiento básico de cada una de ellas: ETAPA GRAPH
Esta etapa es la que posiblemente más se utilice a la hora de realizar selecciones. Consiste en la creación de diferentes tipos de diagrama y en la selección a partir de los diagramas generados. Una vez activada esta etapa aparecerá un menú como el mostrado en la Figura 8.6.
Figura 8.6 - Menú Graph
Como se puede observar en la Figura 8.6 el menú dispone de dos pestañas, una para cada eje. Ambas pestañas son idénticas y contienen las mismas opciones. Una vez elegidos los atributos para cada uno de los ejes de coordenadas si se pulsa Aceptar se generará el diagrama correspondiente.
77
ETAPA LIMIT
Esta etapa como su nombre indica, consiste en la introducción de límites a los atributos. Una vez activada aparecerá un menú como el mostrado e n la Figura 8.7.
Figura 8.7 - Menú Limit
La Figura 7 corresponde a la etapa Limit para la selección de un material de nivel 2. En función del nivel y del motivo de la selección (material o proceso), las propiedades que se observan en la imagen pueden variar. Una vez introducidos los límites en aquellas propiedades que se deseen se pulsará Apply para aplicar la etapa.
78
ETAPA TREE
Ésta funciona a modo de filtro y permite acotar la selección sólo a aquellas familias de materiales o procesos que el usuario desee. Una vez activada esta etapa aparecerá un menú como el m ostrado en la Figura 8.8.
Figura 8.8 - Menú Tree
Para realizar la acotación se han de seleccionar aquellas familias o subfamilias que se desea que formen parte de la selección. Para ello se seleccionará cada una de ellas y se pulsará Insert . Una vez seleccionadas todas las deseadas se pulsará OK y se realizará la selección. 79
Para la selección de un material o proceso se pueden utilizar simultáneamente y tantas veces como se necesite cualquiera de las tres etapas descritas. Los resultados que se vayan obteniendo una vez aplicada alguna de las etapas se podrán ir observando en el apartado Results (Figura 8.9).
Figura 8.9 - Results
Para una descripción más detallada de las diferentes órdenes y funciones que se han descrito en este pequeño tutorial de utilización, ver el manual de us uario.
80
8.2. Práctica de nivel 1 1. Objetivos El objetivo de esta práctica es determinar los materiales necesarios para la fabricación de la suela de unas zapatillas deportivas de alto rendimiento. Esta selección se llevará a cabo con la ayuda del programa informático CES EduPack 2010.
2. Material
PC
Software CES EduPack 2010
Manual de prácticas
Manual de usuario
81
3. Método El proceso de selección constará de tres fases bien diferenciadas: 1 – La primera fase consistirá en el análisis de las propiedades indispensables que deberá cumplir el material para el correcto funcionamiento del mismo. 2 – Una vez se han considerado cuales son las propiedades fundamentales que debe cumplir el material se pasará a ejecutar el software CES EduPack y a iniciar la selección. 3 – Finalmente una vez acabada la selección del material con CES EduPack se pasará a analizar las soluciones propuestas (si es que hay más de una) y a la elección de la ideal. Se tendrán en cuenta aspectos como los económicos, no directamente relacionados con la estructura y las propiedades físicas del material.
82
4. Procedimiento del trabajo A lo largo de la práctica irán utilizando distintos procedimientos de selección, a continuación se describen y enumeran dichos procedimientos.
PROCEDIMIENTO 1: CREACIÓN DE DIAGRAMAS
1. Para la creación de un diagrama ir a la orden SELECT y activar la etapa GRAPH . Una vez activada la etapa seleccionar para cada uno de los ejes la
propiedad deseada. 2. Una vez creado el diagrama aplicar cualquiera de las herramientas de selección disponibles (descritas en el manual de usuario).
PROCEDIMIENTO 2: INTRODUCCIÓN DE LIMITES Para introducir límites ir a la orden SELECT y activar la etapa LIMIT . Una vez activada la etapa introducir los límites que se deseen y pulsar APPLY .
PROCEDIMIENTO 3: APLICACIÓN DE FILTRO Para aplicar un filtro ir a la orden SELECT y activar la etapa TREE . Una vez dentro seleccionar del índice jerárquico la familia o subfamilia deseada y pulsar INSERT . Esta operación se repetirá tantas veces como sea necesario. Una vez
finalizada la selección de familias y subfamilias pulsar OK .
83
SELECCIÓN DEL MATERIAL PARA LA SUELA
1. Análisis de propiedades indispensables Para el correcto funcionamiento de la suela y plantilla de una zapatilla deportiva es indispensable que esta tenga un buen agarre, buena capacidad de amortiguación y que sea antideslizante. Estas serán las tres propiedades fundamentales que deberá cumplir el material seleccionado. Dicho material también deberá tener poca rigidez, para que al aplicar esfuerzos pequeños el material se deforme, por lo tanto deberá ser elástico y lo más ligero posible ya que el calzado no debe suponer un esfuerzo extra a la hora de hacer deporte. El material también deberá tener una buena resistencia a la fatiga, ya que se espera que las zapatillas sean usadas asiduamente y durante largos periodos de tiempo. Por último, también se tendrá en cuenta el coeficiente de expansión térmica, ya que las zapatillas estarán expuestas a todo tipo de condiciones meteorológicas y la temperatura jugará un papel importante y no interesa que el material se deforme con el aumento de ésta. Todas estas propiedades que deberá cumplir el material serán analizadas siempre tiendo en cuenta también el precio del material que se va a seleccionar. 2. Selección El material que se busca para la suela deberá cumplir esta serie de requisitos:
Densidad ≤ 1150 kg/m 3
Modulo de Young ≤ 0,1 GPa
Limite Elástico ≤ 50 Mpa
Buena resistencia a la fatiga
Precio lo más económico posible
84
a) Representar gráficamente el límite elástico en función del módulo de Young y realizar la acotación del modulo de Young. ( PROCEDIMIENTO 1)
b) ¿Que se consigue con esta restricción? Respuesta del alumno: Con esta restricción se consigue eliminar del universo de materiales posibles para nuestra selección aquellos que tienen un valor elevado del Modulo de Young como por ejemplo: metales, materiales cerámicos, etc. Esto es importante ya que no interesan materiales con una rigidez elevada que al aplicar un esfuerzo moderado no se deformen.
c) ¿De cuantos materiales se dispone una vez aplicada la restricción? Respuesta del alumno: Se dispone de 15 materiales de 67 posibles.
85
d) ¿A qué familias familias pertenecen estos materiales? materiales? Adjuntar la la gráfica con el nombre nombre de las familias.
Introducir los límites para densidad y límite elástico enunciados en los requisitos. 2) (PROCEDIMIENTO 2) e) ¿Qué materiales han sido eliminados eliminados de la selección una vez aplicada aplicada la etapa? Adjuntar la gráfica con el nombre de los materiales en cuestión.
86
f) De los materiales restantes, ¿cuál es el que dispone de un límite elástico más elevado? Respuesta del alumno: El Poliuretano (PU).
g) Representar gráficamente gráficamente el precio precio en función de la la resistencia a la la fatiga y escoger la zona idónea del diagrama para realizar la selección. Utiliza la 1) herramienta Box Selection . (PROCEDIMIENTO (PROCEDIMIENTO 1)
h) ¿De cuantos materiales se dispone una una vez realizada realizada la la selección? Respuesta del alumno: De 5.
87
3. Análisis de las soluciones propuestas. i) ¿Qué material se escogería para la fabricación de la suela de la zapatilla? ¿Por qué? Respuesta del alumno: Escogería el Etil Vinil Acetato (EVA) ya que es el material más económico de los 5 propuestos como como solución.
j) Comentar alguna característica interesante del material que se ha escogido y alguno de sus usos típicos. Respuesta del alumno: Tiene buenas propiedades de barrera, poco o ningún olor, pero lo fundamental es su resistencia a los rayos UV y la aprobación de la FDA para el contacto directo con alimentos. Su dureza y la flexibilidad se mantienen incluso a bajas temperaturas y tiene buena resistencia al agrietamiento y a los compuestos químicos. Usos típicos: Tubos médicos, envases de leche, dispensadores de cerveza, bolsas, film retráctil, bolsas de congelación, co-extrusión y laminado de película, cierres, bandejas de hielo, molduras, guantes, aislamiento de cables, piezas hinchadles, zapat zapatos os depor deportiv tivos os .
88
8.3. Práctica de nivel 2 1. Objetivos El objetivo de esta práctica es determinar el material más idóneo para la elaboración de las patas de una mesa de sección circular constante y maciza. Estas patas deberán soportar una f uerza de compresión “F” sin llegar a pandear. Los objetivos a cumplir son dos: minimizar el peso y maximizar la esbeltez (mínima sección). Se considerará la reducción de peso como factor prioritario y se tendrá en cuenta el coste a la hora de realizar la selección. Se utilizará el método de Ashby de los índices de rendimiento para realizar la selección.
2. Material
PC
Software CES EduPack 2010
Manual de prácticas
Manual de usuario 89
3. Método El proceso de selección constará de tres fases bien diferenciadas: 1 – La primera fase consistirá en el análisis de las propiedades indispensables que deberá cumplir el material para el correcto funcionamiento del mismo. 2 – Una vez se han considerado cuales son las propiedades fundamentales que debe cumplir el material se pasará a ejecutar el software CES EduPack 2010 y a iniciar la selección. 3 – Finalmente una vez acabada la selección del material con CES EduPack 2010 se pasará a analizar las soluciones propuestas (si es que hay más de una) y a la elección de la ideal. Se tendrán en cuenta aspectos como los económicos, no directamente relacionados con la estructura y las propiedades físicas del material.
90
4. Procedimiento del trabajo A lo largo de la práctica irás utilizando distintos procedimientos de selección, a continuación los tienes descritos y enumerados.
PROCEDIMIENTO 1: CREACIÓN DE DIAGRAMAS
3. Para la creación de un diagrama ir a la orden SELECT y activar la etapa GRAPH . Una vez activada la etapa seleccionar para cada uno de los ejes la
propiedad deseada. 4. Una vez creado el diagrama aplicar cualquiera de las herramientas de selección disponibles (descritas en el manual de usuario).
PROCEDIMIENTO 2: INTRODUCCIÓN DE LIMITES Para introducir límites ir a la orden SELECT y activar la etapa LIMIT . Una vez activada la etapa introducir los límites que se deseen y pulsar APPLY .
PROCEDIMIENTO 3: APLICACIÓN DE FILTRO Para aplicar un filtro ir a la orden SELECT y activar la etapa TREE . Una vez dentro seleccionar del índice jerárquico la familia o subfamilia deseada y pulsar INSERT . Esta operación se repetirá tantas veces como sea necesario. Una vez
finalizada la selección de familias y subfamilias pulsar OK .
91
SELECCIÓN DEL MATERIAL PARA LAS PATAS DE LA MESA
1. Análisis de propiedades indispensables El material seleccionado para la fabricación de las patas de una mesa con las condiciones que se han descrito en los objetivos debe ser un material lo suficientemente rígido como para soportar la fuerza de compresión “F” y no generar pandeo. Este material también deberá ser lo más ligero posible y con una tenacidad moderada que nos garantice que la pata no se vaya a fracturar al darle un golpe. Por otra parte también hay que tener en cuenta el hecho de que encima de la mesa se pondrán recipiente con fluidos, por lo tanto es importante que si en caso de accidente estos líquidos se vertieran encima de la pata, los materiales de esta no se vieran afectados por este suceso, por lo tanto también se considerará una resistencia a la corrosión moderada. 2. Selección Método de Ashby: Antes de empezar propiamente con la selección se va hacer una breve introducción a los parámetros de rendimiento de Ashby. El parámetro de rendimiento, p, de un componente se mide por una ecuación de rendimiento. Esta ecuación contiene grupos de propiedades de los materiales. Estos grupos son los índices del material. A veces el «grupo» es una única propiedad, por lo que si el rendimiento de una viga se mide por su rigidez, la ecuación de diseño contiene una sola propiedad, el módulo de elasticidad E. Este es uno de los índices de material para este problema. Normalmente la ecuación de diseño contiene un grupo de dos o más propiedades. Ejemplos conocidos son la rigidez específica, E/ ρ, y la resistencia específica, σ/ρ (donde E es el módulo de Young , y σ es el límite elástico, y ρ es la densidad), pero hay muchos otros. Ellos son la clave para la selección óptima de los materiales. Cada parámetro de rendimiento tiene diferentes funciones: para llevar cargas de forma segura, para transmitir calor, para almacenar energía, aislar, y así sucesivamente.
92
Cada función tiene un índice de los materiales asociados. Los materiales con altos valores del índice apropiado maximizan ese aspecto de rendimiento en el componente. El índice del material, por norma general, es independiente de los detalles del diseño. Para realizar una selección utilizando los índices descritos, estos deben ser introducidos en forma de pendiente en los mapas de materiales. En el apéndice de esta práctica se adjuntan una serie de tablas con los índices de rendimiento más utilizados en los procesos de selección. Estas tablas son necesarias para la ejecución de la práctica. La pata de la mesa es una columna delgada de material de densidad ρ y de módulo
elástico E. Su longitud, , y la carga máxima, P, que debe soportar son determinados por el diseño: son variables fijas. El radio r de una pata es una variable libre. Queremos reducir al mínimo la masa m de la pata, a cargo de la siguiente función objetivo.
Donde:
m = masa (Kg)
r = Radio (m)
V=
l = Longitud (m)
Volumen (m 3)
ρ = Densidad (Kg/m 3)
93
a) Determinar de forma algebraica cuál es la masa mínima de la pata de la mesa sabiendo que tiene que soportar una carga critica momento de inercia de una columna es
y que el
. Una vez obtenida la ecuación,
simplificar al máximo y agrupar las propiedades del material para obtener el índice del material. A yuda: Recordar que el radio de la sección de la pata de la mesa es la
variable libre, por lo tanto se deberá substituir esta variable en la función objetivo. Respuesta del alumno:
Substituyendo el momento de inercia en la carga crítica se obtiene:
Aislando la variable libre r de la ecuación se obtiene:
Substituimos en la función objetivo:
94
Operando la raíz se obtiene:
Operando las potencias y simplificando se obtiene:
Para finalizar se agrupan las propiedades del material para obtener el índice del material (corchetes):
b) Determina el índice de rendimiento adecuado para masa mínima con la ayuda de las tablas adjuntadas en el apéndice. Respuesta del alumno:
Tabla B1 (rigidez limitada a la masa) Esfuerzo de compresión, incumplimiento del pandeo:
95
c) Determinar el índice de material adecuado para maximizar la esbeltez de la pata de la mesa. Ayuda: Recordar que la condición que asegura una esbeltez máxima es una sección mínima, por lo tanto esta vez la función objetivo será
.
Respuesta del alumno:
Partiendo de la ecuación [2] operando la raíz se obtiene:
Simplificando y agrupando las propiedades del material para obtener el índice de material (corchetes) se obtiene:
d) Como podrás observar el índice de material en la función únicamente de una propiedad, al contrario que en la función
depende
. Sabiendo esto
determina cual será el índice de rendimiento para maximizar la esbeltez. Respuesta del alumno: El índice de rendimiento será E ya que en el índice de material solo está formado por esta variable. Cuanto más grande sea el Modulo de Young más pequeño será el radio y por lo tanto más esbelta la pata de la mesa.
96
e) Representar gráficamente el Modulo de Young en función de la densidad e introducir el índice de rendimiento para masa mínima. ( PROCEDIMIENTO 1). Ayuda: Para introducir el índice de rendimiento utilizar la herramienta Guideline e introducir la pendiente correspondiente al índice. Seguidamente utilizar la herramienta Point-Line Selection para realizar la selección en el lugar idóneo. Para introducir la pendiente tomar como valores E = 1250 Gpa y Mg/m3.
= 24,5
Respuesta del alumno:
97
f) Representar gráficamente otra vez el Modulo de Young en función de la densidad pero esta vez introducir el índice de rendimiento para esbeltez máxima. Utilizar la herramienta Point-Line Selection (PROCEDIMIENTO 1).
98
g) Representar gráficamente el Modulo de Young en función del precio y realizar la acotación del precio a un valor razonable. Utilizar la herramienta Point-Line Selection (PROCEDIMIENTO 1).
99
h) Finalmente representar la densidad en función del precio y realizar la selección que se ajuste más a los requisitos establecidos. Utilizar cualquiera de las herramientas para hacer la selección. ( PROCEDIMIENTO 1).
100
3. Análisis de las soluciones propuestas i) ¿Qué resultados as obtenido? Respuesta del alumno: Bambú, Contrachapado, Madera blanda y Madera dura.
j) ¿A qué crees que se deben estos resultados? Respuesta del alumno: Los resultados obtenidos son lógicos, ya que se trata de una pata de sección constante y maciza y por lo tanto si queremos cumplir el objetivo de minimizar el peso al máximo es comprensible que se hayan descartado materiales metálicos ligeros. Si la pata, por lo contrario, hubiese sido de sección hueca es lógico pensar que los materiales seleccionados no hubieses sido maderas.
k) Haz una tabla en la que se muestren los resultados obtenidos y las propiedades imprescindibles que deben cumplir (Modulo de Young, densidad y precio). Seguidamente realiza una elección y comenta los motivos y alguna de las propiedades del material elegido. Respuesta del alumno:
Material
Modulo de
Densidad
Precio
Young (GPa)
(Kg/m3)
(USD/Kg)
Bambú
15 - 20
600 – 800
1.44 – 2.17
Contrachapado
6.9 – 13
700 – 800
0.32 – 1.01
Madera Blanda
8.4 – 10.3
440 - 600
0.722 – 1.44
Madera Dura
20.6 – 25.2
850 - 1030
0.53 – 1.01
Mi elección es la madera blanda, ya que es el material más ligero de todos y como objetivo prioritario hay que tener primero en cuenta el peso. Posee la rigidez necesaria para soportar los esfuerzos de compresión de la mesa y el precio es asequible.
101
En cuanto a sus propiedades más importantes decir que es ligera, y en dirección paralela a la fibra, es dura, tenaz y resistente (tan buena, por unidad de peso, como cualquier otro material artificial, excepto el CFRP). Es barata, renovable, y la energía de combustibles fósiles necesaria para cultivar y cosechar la madera es baja por cuanto la capta del sol durante su crecimiento. Es fácil de mecanizar, tallar y se unir, y (en forma de laminado) puede ser moldeada a formas complejas. Es estéticamente agradable, cálida (tanto en el color como tacto) y conlleva asociaciones asociaciones de artesanía y calidad.
102
APÉNDICE
Rigidez de diseño limitada a la mínima masa:
103
Fuerza de diseño limitada a la masa m ínima:
104
Fuerza de diseño limitada:
105
Vibración de diseño limitada:
106
8.4. Práctica de nivel 3 1. Objetivos El objetivo de esta práctica es determinar el material ideal para la fabricación de un portaequipajes de coche. Se intentará que el material sea lo más económico posible y que cumpla con toda la serie de requisitos mecánicos necesarios que garanticen el buen funcionamiento del elemento en cuestión.
2. Material
PC
Software CES EduPack 2010
Manual de prácticas
Manual de usuario
107
3. Método El proceso de selección constará de tres fases bien diferenciadas: 1 – La primera fase consistirá en el análisis de las propiedades indispensables que deberá cumplir el material para el correcto funcionamiento del mismo. 2 – Una vez se han considerado cuales son las propiedades fundamentales que debe cumplir el material se pasará a ejecutar el software CES EduPack 2010 y a iniciar la selección. 3 – Finalmente una vez acabada la selección del material con CES EduPack 2010 se pasará a analizar las soluciones propuestas (si es que hay más de una) y a la elección de la ideal. Se tendrán en cuenta aspectos como los económicos, no directamente relacionados con la estructura y las propiedades físicas del material.
108
4. Procedimiento del trabajo A lo largo de la práctica irás utilizando distintos procedimientos de selección, a continuación los tienes descritos y enumerados.
PROCEDIMIENTO 1: CREACIÓN DE DIAGRAMAS
5. Para la creación de un diagrama ir a la orden SELECT y activar la etapa GRAPH . Una vez activada la etapa seleccionar para cada uno de los ejes la
propiedad deseada. 6. Una vez creado el diagrama aplicar cualquiera de las herramientas de selección disponibles (descritas en el manual de usuario).
PROCEDIMIENTO 2: INTRODUCCIÓN DE LIMITES Para introducir límites ir a la orden SELECT y activar la etapa LIMIT . Una vez activada la etapa introducir los límites que se deseen y pulsar APPLY .
PROCEDIMIENTO 3: APLICACIÓN DE FILTRO Para aplicar un filtro ir a la orden SELECT y activar la etapa TREE . Una vez dentro seleccionar del índice jerárquico la familia o subfamilia deseada y pulsar INSERT . Esta operación se repetirá tantas veces como sea necesario. Una vez
finalizada la selección de familias y subfamilias pulsar OK .
109
SELECCIÓN DEL MATERIAL PARA EL PORTAEQUIPAJES
1. Análisis de propiedades indispensables El material del que se fabrique el portaequipajes deberá ser un material con una buena tenacidad, ya que la calzada por la que circulan los coches puede contener piedras o suciedad que puede salir despedida con la circulación de otros coches e impactar en el portaequipajes. Por otra parte también es necesario que el material sea rígido, fuerte y con una buena resistencia a la fatiga, ya que estará sometido a los esfuerzos generados por el impacto del viento al circular y es imprescindible que éste no se deforme con facilidad. Además, el material utilizado deberá tener una buena resistencia al agua de lluvia y a altas y bajas temperaturas meteorológicas. 2. Selección a) Aplicar un filtro utilizando la etapa Tree y escoger qué familias de materiales entrarán dentro de la selección y cuáles no lo harán. Enuméralas y justifica tu respuesta (PROCEDIMIENTO 3). Respuesta del alumno:
Familias de materiales que entran en la selección: Polímeros, Metales y aleaciones y Híbridos.
Familias de materiales que no entran en la selección: Cerámicas y vidrios.
He descartado las cerámicas y vidrios para realizar la selección ya que son materiales con una fragilidad elevada y pesados. Por lo tanto, no se adaptan a las
características
indispensables
que
debe
cumplir
el
material
del
portaequipajes.
110
b) Representar gráficamente el Modulo de Young en función de la densidad y realizar la acotación para densidad. (PROCEDIMIENTO 1). Ayuda: Densidad ligeramente superior a la del agua.
c) Introducir límites para Límite elástico, Máxima temperatura de servicio, Mínima temperatura de servicio y resistencia al agua ( PROCEDIMIENTO 2). Respuesta del alumno:
Límite elástico: ≥ 10 MPa Máxima temperatura de servicio: ≥ 50 ºC Mínima temperatura de servicio: ≤ -30 ºC
Resistencia al agua: Excelente
111
d) Representar gráficamente la tenacidad a la fractura en función del precio y realizar la acotación de la resistencia a la fractura (PROCEDIMIENTO 1). Ayuda: En el apéndice puedes encontrar teoría acerca de la fractura en materiales que te ayudara a entender mejor este concepto.
112
e) Representar gráficamente el coeficiente de expansión térmico en función del precio y realizar la acotación para dicho coeficiente (PROCEDIMIENTO 1). Ayuda: Interesa que el coeficiente sea lo más bajo posible.
113
f) Finalmente representar gráficamente la resistencia a la fatiga en función del precio
y
realizar
la
acotación
en
el
lugar
idóneo
del
diagrama
(PROCEDIMIENTO 1).
114
3. Análisis de las soluciones propuestas
g) ¿Qué resultados as obtenido? Enumera los 5 más baratos. Respuesta del alumno: ABS, Hard rubber, Epoxy resin, PE-HD y PC
h) Con la ayuda de una tabla de resultados compara los 5 materiales del apartado anterior en función de su precio, densidad y tenacidad a la fractura. Respuesta del alumno: Tenacidad a la Material
Precio
Densidad
fractura
(USD/Kg)
(Kg/m3)
(MPa · m0,5)
ABS
1.98 – 2.42
1030 – 1060
1.46 – 4.29
Hard rubber
2.13 – 2.34
1080 – 1280
2.96 – 3.51
Epoxy resin
2.67 – 2.94
960 – 1350
2.1 – 3.2
PE-HD
3.2 – 3.52
1090 – 1180
1.72 – 4.61
PC
3.65 – 4.01
1140 - 1180
3.83 – 4.6
i) ¿Qué material escogerías para fabricar el portaequipajes? ¿Por qué? Respuesta del alumno: Escogería el ABS ( Acrylonitrile Butadiene Styrene) ya que es el material que reúne unas propiedades más completas y además es más económico.
115
j) Verificar que el material escogido es utilizado para la fabricación de componentes para coches (portaequipajes) o aplicaciones similares. Ayuda: Puedes utilizar la ficha del material para verificar tu selección de material o buscar información en Internet. Respuesta del alumno:
En la ficha técnica del material, entre sus usos más comunes se encuentran la fabricación de cascos de seguridad, paneles e instrumentos para el interior del coche, rejillas de ventilación para coche y tapacubos para ruedas de coche. Por lo tanto, podemos ver como es un material bastante utilizado en el mundo de la automoción y en aplicaciones muy similares al portaequipajes como podrían ser un casco o unos tapacubos.
Si ampliamos la búsqueda en Internet y buscamos en la web de algún fabricante (http://www.ultraplast.eu/es/eshop/), nos encontramos con que el material utilizado para la fabricación de los portaequipajes es efectivamente el ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), por lo que podemos considerar que la selección ha sido un éxito.
116
FICHA TÉCNICA ABS (medium-impact, injection molding) General properties
Designation Acrylonitrile Butadiene Styrene (Medium-impact, Injection Molding) Density 1.03e3 - 1.06e3 kg/m^3 Price 1.98 - 2.42 USD/kg Tradenames Abelac; Abifor; Abstron; Absylux; Acstyr; Akmaril; Alcom; Anjalin; Aplax; Arradur; Astalac; Athpol; Aurocril; Bapolan; Bulksam; Certene; Cevian; Claradex; Collimate; Compolac; Cycoele; Cycogel; Cycolac; Dafnelac; Denisab; Diapet; Diastat; Dynacom; Endura; Ensidur; Espree; Estadiene; Excelloy; Faradex; Farralloy; Fiberfil; Forsan; Hanalac; Highlac; Hiloy; Hylac; Isolac; Isopak; Kane Ace; Kapstone; Kralastic; Lastilac; Lupr os; Lustran; Lustropak; Magnum; Nevies; Nilac; Novodur; Osstyrol; Palran; Perlac; Permastat; Plasfil; Polidux; POLYabs; Polyfabs; Polyflam; Polylac; Polyman; Porene; Pre-Elec; Remex; Retain; Ronfalin; Rotec; Santac; Senosan; Seracril; Shinko-lac; Sicoflex; Sinkral; Starex; Stylac; Superex; Tairilac; T aitalac; Tarodur; Tecaran; Techno; Tekral; Terblend; Terez; Terluran; Tomax; Toyolac; Toyolacparel; Triax; Tufbaria; Tynab; UclAxs; Ultrastyr; Umastyr; Unibrite; Vampsab; Whistatt
Composition overview
Composition (summary) Block terpolymer of acrylonitrile (15-35%), butadiene (5-30%), and styrene (40-60%). Base Polymer Polymer class Thermoplastic : amorphous Polymer type ABS Polymer type full name Acrylonitrile butadiene styrene % filler (by weight) 0 % Filler type Unfilled
Composition detail Polymer
Mechanical properties Young's modulus Compressive modulus Flexural modulus Shear modulus Bulk modulus Poisson's ratio Shape factor Yield strength (elastic limit) Tensile strength Compressive strength Flexural strength (modulus of rupture) Elongation Hardness - Vickers Hardness - Rockwell M Hardness - Rockwell R Fatigue strength at 10^7 cycles Fracture toughness Mechanical loss coefficient (tan delta)
Impact properties
Impact strength, notched 23 °C
100
%
2.07 1.38 2.13 * 0.74 * 3.84 * 0.391 5.8 34.5 37.9 39.2 49 5 * 10.4 * 68 102 * 15.2 * 1.46 MPa.m^0.5 * 0.0145 12.2
-
2.76 3.09 2.75 0.987 4.03 0.407
GPa GPa GPa GPa GPa
49.6 51.7 86.2 89.6 60 14.9 74 115 20.7 4.29
MPa MPa MPa MPa % strain HV MPa
0.0193 28
kJ/m^2
117
Impact strength, notched -30 °C Impact strength, unnotched 23 °C Impact strength, unnotched -30 °C
5.44 108 66.7
-
12.1 200 200
kJ/m^2 kJ/m^2 kJ/m^2
102 102 90 63 -45 * 0.253 * 1.69e3 74
-
115 107 104 77 -35 0.263 1.76e3 123
°C °C °C °C °C W/m.°C J/kg.°C µstrain/°C
Linear mold shrinkage Melt temperature Mold temperature Molding pressure range
0.4 159 50 55
-
0.9 274 70 172
% °C °C MPa
Electrical resistivity Dielectric constant (relative permittivity) Dissipation factor (dielectric loss tangent) Dielectric strength (dielectric breakdown) Comparative tracking index
3.3e21 2.8 0.003 13.8 400
-
3e22 3.2 0.006 19.7 600
µohm.cm
Transparency
Opaque
Thermal properties
Glass temperature Heat deflection temperature 0.45MPa Heat deflection temperature 1.8MPa Maximum service temperature Minimum service temperature Thermal conductivity Specific heat capacity Thermal expansion coefficient
Processing properties
Electrical properties
Optical properties
Absorption, permeability Water absorption @ 24 hrs Water vapor transmission Permeability (O2)
Durability: flammability
0.2 - 0.45 2.04 - 3.2 g.mm/m².day 47.3 - 78.5 cm³.mm/m².day.atm
Flammability
Highly flammable
Water (fresh) Water (salt) Weak acids Strong acids Weak alkalis Strong alkalis Organic solvents UV radiation (sunlight) Oxidation at 500C
Excellent Excellent Excellent Limited use Acceptable Excellent Unacceptable Poor Unacceptable
Durability: fluids and sunlight
MV/m V
%
Primary material production: energy, CO2 and water Embodied energy, primary production CO2 footprint, primary production Water usage
* 86.6 * 2.88 * 185
-
95.7 3.18 205
MJ/kg kg/kg l/kg
Polymer molding energy Polymer extrusion energy Polymer machining energy (per unit wt removed)
* 24 * 8.71 * 2.01
-
26.5 9.6 2.23
MJ/kg MJ/kg MJ/kg
Polymer molding CO2 Polymer extrusion CO2
* 1.92 0.697
-
2.12
kg/kg kg/kg
Material processing: energy
Material processing: CO2 footprint
118
Polymer machining CO2 (per unit wt removed)
* 0.161
Recycle Embodied energy, recycling CO2 footprint, recycling Recycle fraction in current supply Downcycle Combust for energy recovery Heat of combustion (net) Combustion CO2 Landfill Biodegrade A renewable resource?
True * 52.5 * 1.57 3.8 True True * 37.6 * 3.06 True False False
Material recycling: energy, CO2 and recycle fraction
Notes
-
0.178
kg/kg
-
53.1 1.59 4.2
MJ/kg kg/kg %
-
39.5 3.22
MJ/kg kg/kg
Typical uses Safety helmets; camper tops; automotive instrument panels and other interior components; pipe fittings; home-security devices and housings for small appliances; communications equipment; business machines; plumbing hardware; automobile grilles; wheel covers; mirror housings; refrigerator liners; luggage shells; tote trays; mower shrouds; boat hulls; large components for recreational vehicles; weather seals; glass beading; refrigerator breaker strips; conduit; pipe for drain-waste-vent (DWV) systems.
Links
ProcessUniverse Producers Reference Shape No warranty is given for the accuracy of this data. Values marked * are estimates.
119
APÉNDICE TENACIDAD DE FRACTURA La tenacidad de fractura, K IC , está definida como la resistencia del material a la propagación inestable de grietas. Este parámetro debe evaluarse de acuerdo con la norma ASTM E-399, garantizando un estado de deformación plana por delante de la punta de la grieta, lo cual produce una zona plástica pequeña y por tanto cumple con los supuestos de la Mecánica de Fractura Elástico-Lineal (mfel). La norma citada propone varios tipos de probetas, entre las cuales las más utilizadas son la compacta de tracción (ct) y la de flexión (senb), cuyas geometrías deben cumplir las relaciones B/ W= 0.5 y 0.45
Con el objetivo de generar una grieta aguda, se somete la probeta entallada a solicitaciones cíclicas y, una vez prefisurada, se ensaya a tracción o a flexión, registrándose la carga ( P ) en función de la abertura de la grieta medida en la boca de la entalla ( Crack Opening Displacement, cod ) mediante un extensómetro, como se ilustra en la figura 2.
120
La entalla debe ser suficientemente aguda para asegurar que la grieta se pueda nuclear con cargas de fatiga relativamente bajas, y la extensión de la fisura inducida debe ser convenientemente grande para evitar la posible influencia del campo de tensiones asociado a la entalla macroscópica. Se debe asegurar también un frente de grieta recto.
APLICACIÓN DE LA TENACIDAD DE FRACTURA AL DISEÑO
La tenacidad de fractura es la propiedad del material que, combinada con la tensión de diseño y el tamaño del defecto fisura existente en el componente, controla su comportamiento a fractura. Así, el criterio de fractura dado por
puede ser utilizado con el objetivo de prevenir la rotura del componente de acuerdo con diversas directrices: selección del material (tenacidad), solicitación mecánica y dimensiones mínimas del componente (esfuerzo de diseño) o detección de defectos y mantenimiento o reparación (tamaño de fisura).
121
Es importante destacar la tendencia de la tenacidad de fractura, y del tamaño máximo tolerable de fisura, que disminuye significativamente a medida que se aumenta el límite elástico del material. Dicha observación implica que la precaución en el diseño debería ser cada vez mayor en la medida en que los materiales por emplear exhiban progresivamente una mayor resistencia mecánica.
TENACIDAD EN MATERIALES INGENIERILES
122
9. PÚBLICO OBJETIVO ( T A R G E T ) Las prácticas diseñadas y elaboradas en este proyecto van destinadas a una serie de asignaturas de los grados de ingeniería mecánica y diseño industrial y desarrollo del producto. A los grados de ingeniería eléctrica e ingeniería electrónica industrial y automática, únicamente se les asignará una práctica ya que en todo el plan de estudios de dichos grados tan solo figura una asignatura relacionada con la Ciencia de Materiales (CIMA). En función de la dificultad de las prácticas, éstas serán asignadas a una asignatura u otra, siendo las asignaturas de los primeros cuatrimestres a las que se les asignan las prácticas de menor dificultad y a los de cuatrimestres posteriores las de mayor dificultad.
9.1. Grado en Ingeniería Mecánica 9.1.1. Asignaturas troncales
Ciencia de Materiales (CIMA)
Figura 9.1 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado Mecánica)
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 1 Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a las que contribuye la asignatura:
123
1. CE 9. Conocimiento de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y las propiedades de los materiales. 2. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de materiales 3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas. 4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
Materiales estructurales (MAES)
Figura 9.2 - Asignaturas cuatrimestre 5 (Grado Mecánica)
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 2 Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a las que contribuye la asignatura:
124
1. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de materiales 2. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas. 3. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
9.1.2. Asignaturas optativas
Ingeniería de superficies (ENSU)
Materiales y procesos avanzados de fabricación (MPAF)
Figura 9.3 - Asignaturas cuatrimestre 7 (Grado Mecánica)
125
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 3 Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a las que contribuye la asignatura: 1. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de materiales 2. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical. 3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas.
9.2. Grado en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto 9.2.1. Asignaturas troncales
Ciencia de Materiales (CIMA)
Figura 9.5 - Asignaturas cuatrimestre 4 (Grado Diseño)
126
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 1 Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a las que contribuye la asignatura: 1. CE 9. Conocimiento de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y las propiedades de los materiales. 2. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de materiales 3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas. 4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
Procesos de fabricación (PRFA)
Figura 9.6 - Asignaturas cuatrimestre 5 (Grado Diseño)
127
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 2 Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a las que contribuye la asignatura: 1. D 52. Capacidad para seleccionar, diseñar y optimizar los procesos de fabricación más adecuados en función del diseño, material, uso de la pieza e impacto ambiental. 2. D 53. Capacidad para asociar las posibilidades de diseño a cada proceso de fabricación 3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas.4. 4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
9.2.2. Asignaturas optativas
Selección de materiales para la automoción (SEMA)
Prevención de fallidas de componentes en servicio (PFCE)
Diseño y prototipo de moldes y matrices (DPMM)
128
Figura 9.7 - Asignaturas cuatrimestre 7 (Grado Diseño)
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 3 Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a las que contribuye la asignatura: 129
1. D 10. Conocimientos de los principios de ciencia y tecnología de materiales para la selección de los materiales y sus procesos, y su repercusión en el diseño, rediseño y desarrollo de los productos. 2. D 52. Capacidad para seleccionar, diseñar y optimizar los procesos de fabricación más adecuados en función del diseño, material, uso de la pieza e impacto ambiental. 3. D 53. Capacidad para asociar las posibilidades de diseño a cada proceso de fabricación 4. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas.4. 5. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
9.3 Grado en Ingeniería Eléctrica 9.3.1 Asignaturas troncales
Ciencia de Materiales (CIMA)
Figura 9.8 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado electricidad)
130
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 1 Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a las que contribuye la asignatura: 1. CE 9. Conocimiento de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y las propiedades de los materiales. 2. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de materiales 3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas. 4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
9.4. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática 9.4.1 Asignaturas troncales
Ciencia de Materiales (CIMA)
Figura 9.9 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado electrónica y automática)
131
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 1 Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a las que contribuye la asignatura: 1. CE 9. Conocimiento de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y las propiedades de los materiales. 2. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de materiales 3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas. 4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
132
