Asignatura: CNC, CAD Y CAM

Curso: 6° año Mecánica

Profesor: Roberto Ariel Lauritto

Presentación de la asignatura: El desempeño en los centros de mecanizado implica conocer todas las técnica de mecanizado y su metodología de aplicación; identificar los diferentes factores y parámetros a tener en cuenta durante la operación; reconocer y cumplir las normas de seguridad e higiene en el ámbito laboral de acuerdo al tipo de tarea o procedimiento a realizar; comprender y/o generar programas para la realización de tareas de mecanizado por equipos de CNC; efectuar los ajustes, controles y verificaciones necesarios para la realización del mecanizado; interpretar las órdenes de trabajo con la nomenclatura específica y la normativa correspondiente; realizar informes técnicos de los procedimientos realizados, conteniendo programación realizada, planos, tolerancias, y demás información técnica necesaria para el control de las tareas y procedimientos; aplicar los conocimientos y habilidades, para poner a punto y operar máquinas herramientas; aplicar el conocimiento sobre herramental, para el diseño de dispositivos especiales; y evaluar la posibilidad de aplicar los sistemas asistidos por computadoras CAD/CAM, en la programación del proceso. Este aspecto formativo articula horizontalmente con “Procesos de Manufactura”.

Programa de Asignatura

Unidad I
Arranque de viruta: velocidades de corte. Velocidades de avance. Herramientas: ángulos, velocidades de corte, cálculo de condiciones cinemáticas adecuadas. Utilajes.

Unidad II
Características de las máquinas de CNC. Lenguaje de programación de CNC. Programación de piezas. Ingreso de datos. Manejo de tableros de control. Puesta a punto. Operación de máquinas de CNC.

Unidad III
Concepto de CAM. Concepto de CAD-CAM. Ventajas y desventajas del sistema. Uso de pantógrafos para mecanizado y corte. Uso de hidrojet para el corte. Uso de láser. Electroerosión y mecanizado electroquímico: electroerosión; Corte por hilo, otros.

1) Copia el programa en la carpeta
2) Mirar los siguientes videos y tomar nota de los principales conceptos: https://www.youtube.com/watch?v=kSqZkMeRM2g y https://www.youtube.com/watch?v=2e_5-A_kg2A
3) Leer el siguiente texto y realizar un breve resumen.

Definiciones 

El Diseño y la fabricación asistidos por ordenador (CAD/CAM) es una disciplina que estudia el uso de sistemas informáticos como herramienta de soporte en todos los procesos involucrados en el diseño y la fabricación de cualquier tipo de producto. Esta disciplina se ha convertido en un requisito indispensable para la industria actual que se enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los tiempos de diseño y producción. La única alternativa para conseguir este triple objetivo es la de utilizar la potencia de las herramientas informáticas actuales e integrar todos los procesos, para reducir los costes (de tiempo y dinero) en el desarrollo de los productos y en su fabricación. El uso cooperativo de herramientas de diseño y de fabricación ha dado lugar a la aparición de una nueva tecnología denominada ‘Fabricación Integrada por Ordenador’ e incluso se habla de la ‘Gestión Integrada por Ordenador’ como el ultimo escalón de automatización hacia el que todas las empresas deben orientar sus esfuerzos. Esta tecnología consiste en la gestión integral de todas las actividades y procesos desarrollados dentro de una empresa mediante un sistema informático. Para llegar a este escalón seria necesario integrar, además de los procesos de diseño y fabricación, los procesos administrativos y de gestión de la empresa lo que rebasa el objetivo más modesto de esta asignatura que se centra en los procesos de diseño y fabricación, básicos para la gestión integrada.
CAD es el acrónimo de ‘Computer Aided Design’ o diseño asistido por computador. Se trata de la tecnología implicada en el uso de ordenadores para realizar tareas de creación, modificación, análisis y optimización de un diseño. De esta forma, cualquier aplicación que incluya una interfaz gráfica y realice alguna tarea de ingeniería se considera software de CAD. Las herramientas de CAD abarcan desde herramientas de modelado geométrico hasta aplicaciones a medida para el análisis u optimización de un producto especifico. Entre estos dos extremos se encuentran herramientas de modelado y análisis de tolerancias, calculo de propiedades físicas (masa, volumen, momentos, etc.), modelado y análisis de elementos finitos, ensamblado, etc. La función principal en estas herramientas es la definición de la geometría del diseño (pieza mecánica, arquitectura, circuito electrónico, etc.) ya que la geometría es esencial para las actividades subsecuentes en el ciclo de producto descrito en la figura 1.2. La geometría de un objeto se usa en etapas posteriores en las que se realizan tareas de ingeniería y fabricación. De esta forma se habla también de Ingeniería asistida por Ordenador o Computer Aided Engineering (CAE) para referirse a las tareas de análisis, evaluación, simulación y optimización desarrolladas a lo largo del ciclo de vida del producto. De hecho, este es el mayor de los beneficios de la tecnología CAD, la reutilización de la información creada en la etapa de síntesis en las etapas de análisis y también en el proceso CAM. El termino CAD se puede definir como el uso de sistemas informáticos en la creación, modificación, análisis u optimización de un producto. Dichos sistemas informáticos constarían de un hardware y un software que se describe en el tema 2. El termino CAM se puede definir como el uso de sistemas informáticos para la planificación, gestión y control de las operaciones de una planta de fabricación mediante una interfaz directa o indirecta entre el sistema informático y los recursos de producción. Así pues, las aplicaciones del CAM se dividen en dos categorías:

· Interfaz directa: Son aplicaciones en las que el ordenador se conecta directamente con el proceso de producción para monitorizar su actividad y realizar tareas de supervisión y control. Así pues estas aplicaciones se dividen en dos grupos:

• Supervisión: implica un flujo de datos del proceso de producción al computador con el propósito de observar el proceso y los recursos asociados y recoger datos.
• Control: supone un paso más allá que la supervisión, ya que no solo se observa el proceso, sino que se ejerce un control basándose en dichas observaciones.

 - Interfaz indirecta: Se trata de aplicaciones en las que el ordenador se utiliza como herramienta de ayuda para la fabricación, pero en las que no existe una conexión directa con el proceso de producción.

Una de las técnicas más utilizadas en la fase de fabricación es el Control Numérico. Se trata de la tecnología que utiliza instrucciones programadas para controlar maquinas herramienta que cortan, doblan, perforan o transforman una materia prima en un producto terminado. Las aplicaciones informáticas son capaces de generar, de forma automática, gran cantidad de instrucciones de control numérico utilizando la información geométrica generada en la etapa de diseño junto con otra información referente a materiales, máquinas, etc. que también se encuentra en la base de datos. Los esfuerzos de investigación se concentran en la reducción de la intervención de los operarios. Otra función significativa del CAM es la programación de robots que operan normalmente en células de fabricación seleccionando y posicionando herramientas y piezas para las máquinas de control numérico. Estos robots también pueden realizar tareas individuales tales como soldadura, pintura o transporte de equipos y piezas dentro del taller. La planificación de procesos es la tarea clave en para conseguir la automatización deseada, sirviendo de unión entre los procesos de CAD y CAM. El plan de procesos determina de forma detallada la secuencia de pasos de producción requeridos para fabricar y ensamblar, desde el inicio a la finalización del proceso de producción. Aunque la generación automática de planes de producción es una tarea compleja, el uso de la Tecnología de Grupos supone una gran ayuda, ya que permite generar nuevos planes a partir de los planes existentes para piezas similares. Las piezas se organizan en familias y cada nueva pieza se clasifica dentro de una familia, según las características o los elementos que la componen. Esta tarea puede realizarse fácilmente utilizando técnicas de Modelado Basado en Características (Feature-Based Modeling) junto con la Tecnología de Grupos. Además, los sistemas informáticos pueden usarse para determinar el aprovisionamiento de materias primas y piezas necesarias para cumplir el programa de trabajo de la manera más eficiente, minimizando los costes financieros y de almacenaje. Esta actividad se denomina Planificación de Recursos Materiales (Material Requirement Planning o MRP). También es posible ejercer tareas de monitorización y control de la actividad de lasmaquinas del taller que se integran bajo el nombre de Planificación de Recursos de Manufacturación (Manufacturing Requirement Planning o MRPII). La Ingeniería Asistida por Ordenador (Computer Aided Engineering o CAE) es la tecnología que se ocupa del uso de sistemas informáticos para analizar la geometría generada por las aplicaciones de CAD, permitiendo al diseñador simular y estudiar el comportamiento del producto para refinar y optimizar dicho diseño. Existen herramientas para un amplio rango de análisis. Los programas de cinemática, por ejemplo, pueden usarse para determinar trayectorias de movimiento y velocidades de ensamblado de mecanismos. Los programas de análisis dinámico de (grandes) desplazamientos se usan para determinar cargas y desplazamientos en productos complejos como los automóviles. Las aplicaciones de temporización lógica y verificación simulan el comportamiento de circuitos electrónicos complejos. El método de análisis por ordenador más ampliamente usado en ingeniería es el método de elementos finitos o FEM (de Finite Element Method). Se utiliza para determinar tensiones, deformaciones, transmisión de calor, distribución de campos magnéticos, flujo de fluidos y cualquier otro problema de campos continuos que serian prácticamente imposibles de resolver utilizando otros métodos. En este método, la estructura se representa por un modelo de análisis constituido de elementos interconectados que dividen el problema en elementos manejables por el ordenador. Como se ha mencionado anteriormente, el método de elementos finitos requiere más un modelo abstracto de descomposición espacial que la propia geometría del diseño. Dicho modelo se obtiene eliminando los detalles innecesarios de dicha geometría o reduciendo el numero de dimensiones. Por ejemplo, un objeto tridimensional de poco espesor se puede convertir en un objeto bidimensional cuando se hace la conversión al modelo de análisis. Por tanto, es necesario generar dicho modelo abstracto de forma interactiva o automática para poder aplicar el método de elementos finitos. Una vez creado dicho modelo, se genera la malla de elementos finitos para poder aplicar el método. Al software que se encarga de generar el modelo abstracto y la malla de elementos finitos se le denomina pre-procesador. Después de realizar el análisis de cada elemento, el ordenador ensambla los resultados y los visualiza. Las regiones con gran tensión se destacan, por ejemplo, mostrándose en color rojo. Las herramientas que realizan este tipo de visualización se denominan post-procesadores. Existen también numerosas herramientas para la optimización de diseños. Se están realizando investigaciones para determinar automáticamente la forma de un diseño, integrando el análisis y la optimización. Para ello se asume que el diseño tiene una forma inicial simple a partir de la cual el procedimiento de optimización calcula los valores óptimos de ciertos parámetros para satisfacer un cierto criterio al mismo tiempo que se cumplen unas restricciones, obteniéndose la forma optima con dicho parámetros. La ventaja del análisis y optimización de diseños es que permite a los ingenieros determinar como se va a comportar el diseño y eliminar errores sin la necesidad gastar tiempo y dinero construyendo y evaluando prototipos reales. Ya que el coste de reingeniería crece exponencialmente en las ultimas etapas del desarrollo de un producto y en la producción, la optimización temprana que permiten las herramientas CAE supone un gran ahorro de tiempo y una notable disminución de costes.Así pues, CAD; CAM y CAE son tecnologías que tratan de automatizar ciertas tareas del ciclo de producto y hacerlas más eficientes. Dado que se han desarrollado de forma separada, aun no se han conseguido todos los beneficios potenciales de integrar las actividades de diseño y fabricación del ciclo de producto. Para solucionar este problema ha aparecido una nueva tecnología: la fabricación integrada por ordenador o CIM (de Computer Integrated Manufacturing). Esta tecnología tiene el objetivo de aunar las islas de automatización conjuntándolas para que cooperen en un sistema único y eficiente. El CIM trata de usar una única base de datos que integre toda la información de la empresa y a partir de la cual se pueda realizar una gestión integral de todas las actividades de la misma, repercutiendo sobre todas las actividades de administración y gestión que se realicen en la empresa, además de las tareas de ingeniería propias del CAD y el CAM. Se dice que el CIM es más una filosofía de negocio que un sistema informático.  

Asignatura: Elementos de Máquinas I

Curso: 6° año Mecánica

Profesor: Roberto Ariel Lauritto

Presentación de la asignatura: Las buenas prácticas en la utilización de los mecanismos y elementos de máquinas implican clasificar elementos y componentes de diferentes mecanismos; identificar el tipo de mecanismo adecuado para determinada aplicación; observar los elementos y mecanismos e identificar el estado de falla y las posibles causas de acuerdo con el régimen de solicitación al que está sometido; reconocer los aspectos cinéticos y cinemáticos de los mecanismos y sus componentes; y seleccionar los elementos y mecanismos componentes de máquinas de mayor complejidad.

Programa de Elementos de Máquinas I

Unidad I

Estática: chapas, eslabonamientos, estructuras isostáticas, hiperestáticas e hipo-estáticas, estados de solicitaciones de carga simples y compuestos, características de deformación elásticas y plásticas de los materiales. Movimiento: Cinemática, geometría, eslabonamientos (cadenas cinemáticas, chapas, sistema. biela manivela, etc.), mecanismos planos, mecanismos esféricos y espaciales, movilidad, métodos de análisis. Velocidad y aceleración en diferentes puntos de un cuerpo rígido, desplazamiento lineal y rotación, contacto directo y por rodadura, centro instantáneo de velocidades y aceleraciones; Cinética, ídem cinemática afectado por la masa, fuerzas, momentos y cantidad de movimiento.

Unidad II

Elementos de acople y transmisión mecánica de potencia: engranajes, correas, árboles, embragues. Engranajes: clasificación (rectos o cilíndricos: perfiles, parámetros estándar, contacto; helicoidales: de ejes paralelos y cruzados, relaciones de engrane; cónicos: dientes rectos, hipoidales; sin fin: parámetros característicos.), materiales utilizados en su fabricación, aplicaciones comunes de acuerdo al tipo, cálculo y dimensionado, selección. Transmisión por cadena: parámetros característicos, selección, aplicaciones. Correas: clases, aplicaciones, dimensionado, métodos de selección. Embragues: Principios de funcionamiento. Tipos. Aplicaciones. Componentes. Sistemas reductores y amplificadores: Cajas reductoras. Cajas multiplicadoras. Trenes de engranajes. Uso de transductores. Pérdidas y rendimiento: Rozamiento, apoyos de ejes y árboles.

Unidad III

Rodamientos: tipos (de rodillos, de bolas, fijos, oscilantes, axiales, radiales, etc.), aplicaciones particulares, cálculo y selección. Cálculo de uniones: soldadura de materiales metálicos y no metálicos, uniones roscadas, remaches, pernos, chavetas y chaveteros, adhesivos. Cojinetes: clasificación, aplicaciones, principios de funcionamiento. Teoría de rotura: fractura, fatiga, corrosión, impacto, pitting. Sistemas neumáticos: clasificación de los sistemas, análisis de los actuadores mecánicos, válvulas, elementos auxiliares, lógica de funcionamiento de los circuitos, sistemas automatizados. Sistemas termomecánicos: Elementos auxiliares de control, válvulas, trampas y purgadores mecánicos, sistemas mecánicos de regulación de vapor en turbinas. Sistemas hidráulicos: clasificación de las bombas y las turbinas, elementos componentes de bombas y de turbinas, parámetros fundamentales. Sistemas oleo hidráulicos y circuitos de presión: Componentes básicos. Lógica de funcionamiento de los componentes. Esquematización de los circuitos. Aplicabilidad de los circuitos.

1) Copiar en las carpetas el programa de la asignatura

2) Ver la siguiente presentación: https://prezi.com/8ye9ljgnv2qh/estructuras-hipostaticas-isostaticas-e-hiperestaticas

3) Escribir los principales conceptos que se pueden observar en la presentación

3) Leer el texto y mirar los vídeos. Hacer un breve resumen. Conceptos de estructuras hiperestáticas, ventajas y desventajas. Concepto de estructuras isostáticas, ventajas y desventajas

HIPERESTATICA

Estructuras hiperestáticas: Se conoce como estructura hiperestática, a aquella estructura que en estática se encuentra en equilibrio, destacando que las ecuaciones que expone la estática no son suficientes para saber las fuerzas externas y reacciones que posee.

Una estructura es internamente hiperestática si las ecuaciones de la estática no son suficientes para determinar los esfuerzos internos de la misma.

Una estructura es externamente hiperestática, esto se da si las ecuaciones no son suficientes para determinar las fuerzas de reacción que hay desde la estructura al suelo.

Una estructura es completamente hiperestática, esto requiere que la estructura sea interna y externamente hiperestática. Un problema que muestre estas características, tiene que resolverse tomando en cuenta la elástica del material en que está confeccionada la estructura, para así poder determinar y saber cuáles son las ecuaciones adecuadas que se van a aplicar, con la finalidad de poder resolver el problema estructural y sus deformaciones.

• definición de estructura Hiperestática: (súper quieta, necesita liberarse de varios apoyos para liberarse de la atadura), en esta estructura existen mas fuerzas actuantes que ecuaciones en equilibrio, por lo tanto se necesita platear ecuaciones adicionales con los desplazamientos o giros en un punto especifico para conocer estas fuerzas (ecuaciones de compatibilidad).

ej: una viga con dos apoyos

Ventajas y desventajas de las estructuras hiperestáticas. 

VENTAJAS:

• menor costo del material ya que permite obtener estructuras con menor secciones transversales en sus elementos constitutivos.

• continuidad entre los distintos miembros estructurales, con lo que se logra una mejor distribución de los esfuerzos interiores producidos por cargas aplicadas. Asimismo, la continuidad permite materializar elementos de mayores luces y por ende menor cantidad de apoyos a igualdad de sección, o el uso de menores secciones para luces iguales.

• mayor factor de seguridad a comparaciones de las isostáticas

• mayor rigidez, menor deformaciones

• ante un sismo, mejora el aumento en el grado de hiperestaticidad, por medio de "rótulas plásticas" que un isostatico es imposible de coincibir.

• muchas veces el material de la estructura hiperestática responde a los pocos errores en una obra

• (arcos empotrados)

DESVENTAJAS

• variaciones de temperatura

• fabricación deficiente

• desajustes de colocación generan deformaciones

• usualmente se requiere secciones reforzadas

Métodos estáticos de cálculo, para la resolución de una estructura de modelo hiperestática

Hardy Cross o distribución de momentos:

Este método toma en cuenta los marcos estructurales y deben contarse por medio de las reacciones los esfuerzos y deflexiones de cada marco, este método de cross también se le conoce como distribución de momentos en el cual primero se toman en cuenta:

Los momentos en los extremos fijos de los marcos y son distribuidos a lo largo de sus miembros hasta alcanzar un equilibrio por medio de porcentajes; es un método próximo para evaluar la estructura, su flexibilidad y deflexión

Por lo cual luego encontraremos el Mmáx y Vmáx

Continuando con el análisis de esfuerzo, flexión y corte

Con determinado material referente a sus propiedades estructurales

Estos métodos podemos visualizarlo en pasarela, marcos, edificios.

Aquí podrás tener más acceso a información sobre: métodos de cálculo para estructuras hiperestáticas… https://es.wikipedia.org/wiki/Hiperest%C3%A1tico

La hiperestática o estructuras hiperestáticas.

Son aquellas estructuras que usan más elementos de lo necesario para mantenerse en equilibrio. Y donde la falta de alguno de ellos, no produce al deceso de la estructura; pero si modifica su

funcionamiento estático

ISOSTÁTICA

Las estructuras isostáticas son aquellas que sus reacciones pueden ser calculadas con las ecuaciones de la estática:

ΣF=0

ΣM=0

Es decir; La sumatoria de las fuerzas en los planos (x, y, z) es igual a cero y la sumatoria de los momentos en los planos (x, y, z) es igual a cero.

De una forma un poco más técnica podemos decir que una estructura isostática posee igual número de ecuaciones que de incógnitas, por lo cual, se puede resolver mediante un simple sistema de ecuaciones lineales o por los metodos básicos ya conocidos (Por ejemplo: Suma y resta, sustitución, regla de Crammer, etc).

LÍNEA ISOSTÁTICA

Esquemas de las isostáticas de tracción del campo de tensiones principales), alrededor de un agujero circular, que ocasiona una concentración de tensiones alrededor del agujero.

En mecánica de sólidos, una línea isostática es una curva diferenciable tal para un sólido sometido a un campo de tensiones, en cada punto la tangente a dicha curva coincide con una de las direcciones principales de tensión del cuerpo. Es decir, si en cada punto del sólidos se calculan las tres direcciones principales y se ordenan en cada punto de mayor a menor, una familia de isostáticas corresponde a la "línea del campo" asociada al campo vectorial que en cada punto se corresponde con la primera, segunda o tercera tensión principal. Matemáticamente, las isostáticas son las curvas integrales de dicho campo.

Las isostáticas tienen las propiedades generales de otras tipos de "líneas de campo" o curvas integrales.

VIGA ISOSTÁTICA

Flexión teórica de una viga apoyada-articulada sometida a una carga distribuida uniformemente.

El esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, produciéndose las máximas en el cordón inferior y en el cordón superior respectivamente, las cuales se calculan relacionando el momento flector y el segundo momento de inercia. En las zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes o punzonamiento. También pueden producirse tensiones por torsión, sobre todo en las vigas que forman el perímetro exterior de un forjado. Estructuralmente el comportamiento de una viga se estudia mediante un modelo de prisma mecánico.


DIFERENCIA ENTRE ESTRUCTURA ISOSTATICA E HIPERESTATICA

Son aquellas en las que la unión entre elementos no tiene ninguna rigidez.

No se conservan los ángulos que forman sus elementos en caso de deformación. El fallo de uno de sus elementos no puede ser absorbido por el resto de la estructura por la que esta se derrumbaría total o parcialmente.

Las ventajas de las estructuras isostáticas,

Las principales ventajas son su peso ligero y su alta resistencia a la corrosión. Se usa para revestimientos.

Desventajas: si los cálculos de una sección (viga), marco, etc... falla, la estructura se viene abajo al contrario con las hiperestáticas tienen una reserva para alcanzar el mecanismo de seguridad.

En otras palabras mas simples, Las vigas isostaticas, son aquellas que solo tienen dos apoyos y están libremente apoyadas sobre estos.

En esta viga (la isostática) no interesan las características de los apoyos, por lo cual solo se calculan los elementos de la propia viga.

Existen dos tipos básicos de viga isostática y a partir de ellos se pueden hacer combinaciones, la diferencia radica en la condición de carga

LOS DATOS QUE DEBEMOS TENER EN CUENTA SON:

• La carga (el peso y su distribución en la viga)

• La longitud de la viga (en metros)

INCOGNITAS

Las incógnitas son:

Las reacciones (R)

El cortante (V)

La flexión (M)

Formulas básicas:

FORMULAS BASICAS

Reacciones: RA = WLb /L RB = WLa /L

Cortante: V = WL / 2

Flexion: M = WL2 / 8

Para determinar las "fuerzas internas" en las estructuras isostáticas solo necesitamos el principio del equilibrio estático. Ya que el análisis completo de una estructura demanda el cálculo de las deformaciones de la misma, inevitablemente debemos recurrir a las relaciones constitutivas de los materiales que la forman y a relaciones geométricas en la estructura deformada, a partir de las cuales podemos calcular las deformaciones. Tales como flechas al centro de vigas y rotaciones de los extremos de las barras.

ESTRUCTURA HIPERESTATICA

Son aquelllas en las que la union entre elementos tiene una notable rigidez.

En caso de deformacion, los angulos que forman sus elementos se conservan.

El fallo de unos de sus elementos PUEDE ser absorbido por el resto de la estructura.

• La viga hiperestatica a diferencia de la isostatica un momento positivo en los apoyos y otro momento pero negativo en el centro del claro

LOS MOMENTOS POSITIVOS

Reacciones: RA = WLb /L RB = WLa /L

Cortante: V = WL / 2

Flexion: M = WL2 / 8

En este tipo de estructuras no basta con aplicar el principio de equilibrio estático, también debemos aplicar las relaciones físicas entre esfuerzos y deformaciones del material que forma la estructura.

Con esta información es posible calcular las fuerzas internas y las deformaciones en toda la estructura.

SISTEMAS ISOSTÁTICOS

SISTEMAS HIPERESTÁTICOS

Asignatura: Máquinas Térmicas

Curso: 6° año Mecánica

Profesor: Roberto Ariel Lauritto

Presentación de la asignatura: El montaje , operación y mantenimiento de máquinas térmicas implica conocer todos los elementos comúnmente utilizados en instalaciones de generación, conducción y transformación de energía térmica; identificar los principios de termodinámica y mecánica de fluidos a aplicar en cada sección o elementos de las instalaciones; comprender el modo o lógica de funcionamiento de cada uno de los componentes de las instalaciones termomecánicas; reconocer la normativa de seguridad referida a la operación y mantenimiento de los elementos de generación, transporte y transformación/utilización de energía térmica; definir los principales puntos de inspección de las maquinas e instalaciones para verificar el correcto funcionamiento de las mismas; identificar los parámetros funcionales, y los valores de los mismos, que indican el estado de falla; y definir los ensayos y pruebas específicas a realizar sobre elementos e instalaciones de acuerdo con las memorias y fichas técnicas de las mismas.

Programa de Máquinas Térmicas

Unidad I

Poder calorífico. Calor y temperatura. Calor y trabajo. Equivalencias. Primer principio de la termodinámica. Conceptos de entalpía, exergía, entropía y energía interna. Segundo principio de la termodinámica. Transmisión del calor. Diagramas de estado p-v y T-s. Propiedades térmicas de los fluidos usados como combustibles y como transmisores. Entalpía, entropía y exergía. Coeficientes de conducción térmica de los materiales comúnmente usados en instalaciones termomecánicas: tipos de coeficientes y ecuaciones de cálculo.

Unidad II

Energía en las diferentes fases o estados de los fluidos. Efecto de la velocidad y la presión en los conductos de transmisión. Calculo de conductos: nociones básicas y software específico. Ciclos termodinámicos ideales y reales: Carnot, Rankine, Otto, Diesel, Instalaciones de calefacción y acondicionamiento de aire: principios de termodinámica para la realización de balances térmicos; diagrama psicrométrico; carga térmica: radiación, conducción e infiltración para la calefacción y la refrigeración; criterios para la selección de equipos; métodos constructivos frecuentemente usados.

Unidad III

Fluidos refrigerantes: diagrama de Mollier; normativa de uso. Máquinas endotérmicas de dos y cuatro tiempos: Motores Otto. Motores diesel de baja velocidad. Sistemas de lubricación. Sistemas de refrigeración. Combustión: estequiometría. Equilibrio energético. Instalaciones de vapor: tipos de calderas y principios de funcionamiento. Dispositivos de tratamiento de agua de caldera; equipos recuperadores de condensado. Turbinas de vapor de baja potencia. Cogeneración y regeneración de energía. Turbinas de gas: principio de funcionamiento. Elementos auxiliares del circuito. Combustibles. Diagramas del ciclo: T-s, p-v. Intercambiadores de calor: de casco y tubo. Convectivos. De camisa. Materiales usados en su construcción. Normas de seguridad en la operación y el mantenimiento.

1) Copiar el programa en la carpeta

2) Leer el siguiente texto y realizar un breve resumen. Define poder poder calorífico, poder calorífico superior e inferior

Poder calorífico

Definición: Se define el Poder Calorífico de una sustancia o combustible como la cantidad de calor que se genera, por kilogramo o metro cúbico de esa sustancia, al oxidarse de forma completa.

La mayoría de los combustibles son compuestos de carbono e hidrógeno, que al arder se combinan con el oxígeno formando dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

Por ejemplo, en el caso del Metano (CH4) se tendría la siguiente reacción de oxidación para generar dióxido de carbono (CO2), agua (H2O), además del calor que se desprende:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Calor

Las unidades más usuales para medir el poder calorífico, es decir, el calor generado en la reacción son:

kcal/kg  ;  kcal/m³  ;  BTU/lb  ;  BTU/pie³

El poder calorífico siempre se mide por unidad de masa o unidad de volumen de combustible que se ha oxidado (quemado).

El vapor de agua (H2O) que se genera en una reacción de oxidación (o combustión) es debida, bien por la combustión del hidrógeno presente en la composición del combustible, o bien, procedente de la misma humedad adherida al propio combustible.

Por otro lado, se denomina calor de cambio de estado a la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). El agua, en concreto, tiene un calor de vaporización y de fusión altos ya que, para romper los puentes de hidrógeno que enlazan las moléculas de agua, es necesario suministrar mucha energía.

Pues bien, la presencia de agua en los gases resultantes de la combustión va a condicionar que se pueda definir dos tipos de Poder calorífico: Poder Calorífico Superior y Poder Calorífico Inferior.

• Poder Calorífico Superior: El poder calorífico superior (PCS) se define cuando todos los elementos que intervienen en la reacción de combustión (combustible y aire) son tomados a 0 ºC y los productos resultantes (gases de la combustión) son llevados también a 0 ºC. Por tanto, el vapor de agua que se genere se encontrará totalmente condensado, es decir, ha cambiado de fase. Por tanto, en este caso también habrá que contabilizar el calor desprendido en el cambio de fase de vapor de agua a agua líquida. El PCS también es llamado poder calórico neto.

Por tanto, al condensar el vapor de agua que se desprende durante la combustión se conseguirá un aporte adicional de calor debido al cambio de fase del agua, en concreto:

597 kcal/kg de vapor de agua condensado.

• Poder Calorífico Inferior: el poder calorífico inferior (PCI) se define suponiendo que el vapor de agua contenido en los gases resultante de la combustión no condensa, es decir, el agua resultante no cambia de fase y se desprende en forma de vapor. Por tanto, en este caso hay una parte del calor generado que se gasta para llevar a cabo la condensación del agua en forma de vapor.

Así, en esta ocasión, de la reacción de combustión sólo se obtendrá el calor de oxidación del combustible, sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua, ya que no se produce cambio de fase, sino que se expulsa en forma de vapor. Por ello se define en este caso el Poder Calorífico Inferior del Combustible.

Para aprovechar el PCS son necesarias calderas específicamente diseñadas para ello, que se denominan calderas de condensación. Una caldera que no sea de condensación, se debe calcular con el PCI.

La relación entre los poderes caloríficos superior e inferior viene dada por la siguiente expresión:

PCS = PCI + 597·G

donde,

PCS:  es el Poder Calorífico Superior ( kcal/kg de combustible)

PCI:  es el Poder Calorífico Inferior ( kcal/kg de combustible)

597:  es el calor de condensación del agua a 0 ºC ( kcal/kg de agua)

G:  es el porcentaje de peso del agua formada por la combustión del hidrógeno presente en la composición del combustible, o de la propia humedad del combustible ( kg de agua / kg de combustible).

Siendo   G = 9·H + H2O

donde,

9:  son los kilos de agua que se forman al oxidar un kilo de hidrógeno

H:  es el peso de hidrógeno contenido por kg de combustible

H2O:  es el peso de agua debido a la humedad presente en el combustible, por kg de combustible.

Procesos Metalúrgicos: Obtención del acero en alto horno

Asignatura: Procesos Metalúrgicos

Curso: 5° Mecánica

Profesor: Roberto Ariel Lauritto - email: rariel_lauritto@yahoo.com

Obtención del acero en alto horno

1) Mirar el vídeo de la reseña histórica y de la fabricación contemporánea del acero: https://www.youtube.com/watch?v=J6ylt4d5Uyc y https://www.youtube.com/watch?v=eDPTXTLt_AI

2) Luego de mirar los vídeos realiza una síntesis de los mismos, la misma será entregada el primer día de clases luego de la cuarentena.

3) Leer el texto sobre la obtención del acero.

4) Realizar el gráfico.

5) Transcribir el mapa conceptual y la tabla de los principales materiales de los extrae el acero.

6) Como cierre de la actividad se realiza una puesta en común utilizando la síntesis realizada poor cada uno de los alumnos durante el período de cuarentena.

7) Enviar las actividades al correo del profesor

OBTENCIÓN DEL ACERO EN ALTO HORNO

Producción del hierro y el acero

    

El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 ac.

Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:

Hematita (merma roja)	70% de hierro
Magnetita (merma negra)	72.4% de hierro
Siderita (merma café pobre)	48.3% de hierro
Limonita (merma café)	60-65% de hierro

Hematita, hematites u oligisto es un mineral compuesto de óxido férrico (Fe₂O₃) y constituye una importante mena de hierro ya que en estado puro contiene el 70% de este metal.

Propiedades especiales: mineral industrial, pigmento, extracción de hierro, agente para pulidos.

Magnetita es un mineral de hierro constituido por óxido ferroso-diférrico (Fe₃O₄).

Siderita es el carbonato de hierro (FeCO₃), romboédrico.

Limonita es el nombre dado a ciertos minerales de hierro provenientes de alteración nutrida de los vegetales en aguas ferroginosas. Pueden considerarse como un hidrato de hierro son amorfos y de color pardo oscuro. Su composición es: (Fe 203).

El alto horno es la instalación industrial dónde se transforma o trabaja el mineral de hierro. Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se vacía el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza. Una vez obtenido el acero líquido, se puede introducir en distintos tipos de coladura para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de la que se obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de laminación y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se obtienen lingotes.

Asignatura: Diseño y Procesamiento Mecánico

Curso: 4°

Torno paralelo

1) Entrar al siguiente link: https://www.youtube.com/watch?v=QUL_VgyD7iI, ver el video.

2) Lee el texto y realiza un breve resumen del funcionamiento del Torno.

3) Luego de mirar el video y leer el material, coloca los nombres de las partes del torno a la imagen que se encuentra al final del texto.

¿Cómo funciona el Torno Paralelo?

El torno es una de las máquinas más utilizadas y útiles, debido a que sirve para ejecutar un gran número de trabajos. Es muy fácil de utilizar porque sus herramientas se preparan en un tiempo muy breve y de manera simple. Es la máquina más empleada en las pequeñas industrias mecánicas y talleres de reparaciones.

Uso del Torno

Un torno puede hacer muchas operaciones diferentes. Algunas de las más comunes son: refrendado, torneado cilíndrico, torneado cónico, troceado, corte de filetes de rosca, corte de formas y corte de metal.

Partes de un torno

Está constituido por 4 partes importantes: Bancada, Conjunto de Cabezal, Conjunto del Contrapunto y Carro.

La Bancada: Es la base del torno. Soporta todos los demás elementos. Sobre la parte superior de la bancada están las guías. Los tornos más económicos tienen guías planas. La construcción de las guías varía de acuerdo con el fabricante. Algunos fabricantes usan guías hechas de acero las cuales se pueden reemplazar. Otros utilizan guías endurecidas que son parte fundamental de la sección de la bancada.

Conjunto de Cabezal: Esta pieza va sujeta de forma permanente a la bancada en el extremo izquierdo del torno. Contiene el husillo del cabezal, el cual gira mediante poleas. El husillo sujeta a la pieza y la hace girar. Los husillos son de distintas calidades. Como la exactitud de un trabajo hecho en un torno depende del eje de rotación del husillo que sujeta a la pieza, éste y todos sus accesorios deben ser construidos con el mayor cuidado posible.

Conjunto del Contrapunto: Consiste en dos piezas de fundición o partes principales. La parte inferior descansa directamente sobre las guías y la superior descansa sobre la primera. Ambas partes se sujetan por medio de tornillos de ajuste. La pieza de fundición superior puede moverse en dirección opuesta al operario para desplazar el contrapunto. El husillo del contrapunto se mueve hacia adentro y hacia afuera de la pieza de función superior. Este husillo tiene un agujero ahusado en el que se coloca el contrapunto u otras herramientas tales como brocas y escariadores.

Carro: Es la pieza que controla la herramienta de corte. Tiene cinco partes principales.

1. El soporte del carro transversal es una pieza de fundición en forma de 11 que ajusta sobre la bancada y se desliza sobre las guías.
2. El tablero está sujeto al soporte del carro y cuelga sobre la parte frontal de la bancada.
3. El carro transversal está montado sobre el carro principal.
4. El soporte compuesto está montado en la parte superior del carro transversal.
5. El poste para la herramienta con la arandela y la cuña oscilante se desliza en una ranura en T de la parte superior del soporte compuesto.