Proyecto Final Ingenieria de Materiales PDF

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Proyecto final de la materia de ingeniería de materiales....

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Centro de enseñanza técnica y superior

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Ingeniería de Materiales

Escuela de Ingeniería Ingeniería de materiales ●

Proyecto final

José Luis López Muñoz 31188 ● ●

Mexicali, B.C

6 de Diciembre 2016

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Ingeniería de Materiales

Introducción El poder analizar los componentes de aparatos nos permite tomar decisiones para poder mejorar siempre aspectos del mismo. Uno de los aparatos que decidimos analizar en este proyecto fue la famosísima plancha de vapor eléctrica. Todos conocemos y hemos usado un aparato de este tipo para planchar nuestra ropa en casa; pero siempre ignoramos lo que hay detrás de la fabricación de la misma, y esto nos puede llevar a que por falta de conocimiento, comprometamos la calidad por basarnos solo en el precio. Detrás de la fabricación de la plancha, hay un gran número de componentes que deben ser elegidos cuidadosamente para mantener la calidad alta, y los precios bajos. La selección de materiales es tan importante que puede suceder que por ahorrarte algo de dinero, termines comprando algo como esto:

Cuando en realidad tu estabas buscando algo como esto:

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Objetivo El objetivo principal de esta investigación es conocer a fondo los componentes de una plancha, y en base a un análisis riguroso, saber que tipos de material pudieran ser más óptimo para lograr nuestros objetivos. Se decidió cumplir con objetivos distintos como: ● Lo más barata posible ● La mejor calidad posible en general (resistente) ● La mejor suela de metal posible (calidad) Hipótesis o teorías preliminares Basándonos en las fallas que hemos visto en planchas de nuestras casas, se dedujo que la suela de la plancha se puede oxidar por el uso del vapor y el agua a temperaturas altas. También cuando se cae, es muy probable que al impacto, se rompa el plástico de la carcasa. Es por eso que nuestra hipótesis es que sí encontraremos un material mejor para la suela de la plancha, pero el precio y la energía necesaria para fabricarlo será más altos, mientras que en el plástico, creemos que la densidad no variará mucho, pero el grueso de la carcasa si; por lo que el precio será más alto. Marco Teórico Materiales En Bruto: Las planchas están hechas en su mayoría de plastico y metal (aluminio y acero). Los materiales llegan a la fábrica en forma de resinas plásticas, lingotes de aluminio, u hojas de acero. El metal usado para hacer la placa, el termostato y otros mecanismos internos. Los plásticos son usados para hacer el exterior y el mango, así como el tanque del agua. Ciertos componentes, como la resistencia para el termostato, cordón, enchufe, y otras conecciones son usualmente hechas por otras compañías. Proceso de Manufactura: Primeramente, cada sub-ensamble de la plancha es producido, generalmente por separado, en las lineas de produccion. Después, la plancha es ensamblada. ● Suela Metálica: La suela metálica está hecha de aluminio fundido. Parte del molde crea los agujeros que son esenciales en las planchas de vapor. El metal calentado es insertado en un molde bajo presión, enfriado, y soltado. La suela ya fría es tratada de tres formas. Es pulida, recubierta con politetrafluoretileno no pegajoso, o recubierta con otro metal. Ese metal incluye acero inoxidable. Para pulir la suela, se usa una banda abrasiva. El acabado requerido es

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determinado por el grado de abrasivo que se use. Una máquina automatizada de spray aplica el recubrimiento no pegajoso. Después de la aplicación, la suela metálica será cocida en un procedimiento industrial. Para recubrir con otro metal, el recubrimiento del metal externo es creado por una prensa. El cubrimiento resultante es, o prensado o remachado en la suela metálica. Termostato: En un molde de inyección, un pequeño poste de metal será fundido. Una resistencia es montado en el poste. La resistencia es un switch bimetalico hecho de dos metales diferentes con coeficientes térmicos divergentes. La resistencia controla la temperatura de la plancha. Contactos de energía son unidos al final de la resistencia, que hacen que la electricidad fluya por la resistencia para que la plancha se pueda calentar. Todo este proceso generalmente es automatizado. Tanque de agua: En un molde de inyección de dos partes, el plástico calentado es insertado para hacer las secciones superiores e inferiores del tanque. Distintas aberturas en el tanque son creadas como parte del molde. El molde es puesto bajo presión, enfriado, y liberado como un solo tanque. Otras partes para el tanque (bomba, camara interna, piston, botones, y otras partes) son creadas por un proceso similar. En una línea de ensamble automatizada, las partes son unidas. Carcasa: En un molde de inyección , el plástico calentado es insertado en un molde bajo presión, enfriado y liberado. Mango: En un molde de inyección , el plástico calentado es insertado en un molde bajo presión, enfriado y liberado.

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Selección de materiales LO MÁS BARATO POSIBLE Para hacer de la plancha lo más barato posible, primero hay que saber que componentes vamos a analizar.

Aquí podemos observar los componentes que son: La carcasa de plástico, resistencia para calentar, suela metálica, recubrimiento del cable, cable conductor, enchufe, clavijas. Analizaremos la carcasa, resistencia, suela, recubrimiento, y cable.

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Carcasa plástica

Dedujimos que el mejor en este caso, utilizando el material que fuera barato pero no se necesitara mucha energía para poder moldearlo seria:

POLYPROPELENE (65-70% BARIUM SULFATE)

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Resistencia para calentar

En la resistencia observamos que no solo se necesita soportar altas temperaturas sino que también debe ser barato su procesamiento es por eso que escogimos como el más barato:

NICHROME

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Recubrimiento de cable

Decidimos basarnos en que el cable fuera muy barato, y tuviera resistividad térmica. Encontramos unos con mejor desempeño pero tenían el mismo precio.

PVC-ELASTOMER (SHORE A75)

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Suela metálica

Seleccionamos un metal barato que cumpliera con las temperaturas de servicio:

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Cable conductor

Elegimos el cable más barato que cumpliera la función y fue:

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LA MEJOR CALIDAD POSIBLE Carcasa de plástico

En estos casos escogimos el mejor material sin importar el precio o la capacidad para fabricarlo.

EL MEJOR MATERIAL FUE EL PA66 (30% LONG CARBON FIBER)

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Resistencia

Debido que al investigar la resistencia barata encontramos otras diversas, simplemente en el buscador encontramos el NICHROME que tiene mejor calidad y fue el NICKEL-CHROMIUM ALLOY, NICHROME V, ANNEALED (RESISTANCE ALLOY) Suela metálica Se documentó al final del documento con más extensión. Recubrimiento del cable

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Un buen aislante como el PVDF es de la mejor calidad que pudimos encontrar.

Cable conductor

Se eligió la Plata de grado puro comercial. Es caro pero cumple con lo que necesitamos.

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LA MEJOR SUELA DE METAL POSIBLE ● De acuerdo a la capacidad de calor específico:

En esta gráfica nos enfocamos en la propiedad de capacidad de calor específica, debido a que en la suela de la plancha ésta propiedad es indispensable, y la densidad de los aceros inoxidables, porque esta rama de los aceros es especial para este tipo de trabajo, en donde el metal estará sometido a altas temperaturas y será mojado constantemente lo que provoca una corrosión y oxidación elevadas. Aparte se le aplicó un límite para que tengan una capacidad de ser fundido y así evitarnos altos costos a la hora de manufactura. Los aceros más apropiados obtenidos son: -

Stainless Steel, ferritic, cast, low niquel.

Precio

2.1 USD/kg

Densidad

7520 kg/m^3

Capacidad de calor específica

500 J/kg. C

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Ingeniería de Materiales

Stainless Steel, ferritic, cast

Precio

1.68 USD/kg

Densidad

7520 kg/m^3

Capacidad de calor específica

460 J/kg. C

● De acuerdo con la conductividad térmica:

Ahora con la propiedad de conductividad térmica y los mismos límites que se le aplicaron a la gráfica anterior. Se puede observar que obtenemos los mismos resultados, los mismos dos aceros inoxidables. Resultados: -

Stainless Steel, ferritic, cast, low niquel.

Precio

2.1 USD/kg

Densidad

7520 kg/m^3

Conductividad Térmica

19.4 W/m. C

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Stainless Steel, ferritic, cast.

Precio

1.68 USD/kg

Densidad

7520 kg/m^3

Conductividad Térmica

22 W/m. C

Por último, la selección del material dependerá de lo que el fabricante quiera lograr con unas buenas propiedades anticorrosivas y térmicas, si quiere que el material sea un poco más barato, pero sacrificando un poco la calidad, entonces debería de elegir el Stainless Steel, ferritic, cast. En cambio, si quiere calidad sobre precio debería elegir el Stainless Steel, ferritic, cast, low níquel.

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Anexos

Ejemplo de una lista de materiales y procesos utilizados en la fabricación de una plancha eléctrica.

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Conclusiones En la fabricación de un aparato como estos, hemos encontrado que es más difícil de lo que parece puesto que hay una infinidad de materiales que pudieran ser útiles para hacer la plancha, sin embargo entendemos que es porque necesitaríamos tener especificaciones muy exactas de que material se puede usar o no. A pesar de eso, pudimos encontrar los materiales indicados en el CES, incluso vimos los materiales con los que originalmente estuvo hecha la plancha. Pero también encontramos que esos materiales se pueden cambiar para darle diferentes cualidades a la plancha, se puede aminorar el costo o se puede mejorar la calidad de ésta. En si, llegamos a la conclusión que el uso de las herramientas que se nos han proveído durante el semestre es muy útil en casos de la vida real, y no solo imaginarios, como lo suele ser en la escuela. El mejorar un producto ya creado y utilizado por la mayoría de las personas alrededor del mundo es un claro ejemplo de ello, quién pensaría que algo tan común como la plancha conlleva un elaborado proceso de selección de materiales y manufactura. CES Edupack nos facilitó la obtención de materiales necesarios para poder terminar el proyecto.

Referencias -

CES Edupack 2016

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http://www.madehow.com/Volume-6/Clothes-Iron.html

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https://www.boundless.com/physics/textbooks/boundless-physics-textbook/ele ctric-current-and-resistance-19/resistance-and-resistors-146/dependence-of-r esistance-on-temperature-523-5640/...