Proyecto-Espuma-metálica

7/24/2019 Proyecto-Espuma-metlica

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Universidad de Oriente

Ncleo de Anzotegui

Escuela de Ingeniera y Cs. Aplicadas

Departamento de ecnica

P r o d u c c i n d e e s p u m a

m e t l i c a

!evisado por" !ealizado por"

#ro$. %aetano &terlacci De 'a !osa (os) CI *+.,-./00

'1pez Nelson CI *,.+0-.*23

&ec" ,* artin Arian CI +2.+3./2+

4arcelona5 6ulio de *,+0


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NDICE

Pg.PARTE 1

PROPUESTA DEL PROYECTO1.1 Objetivos 31.2 Pl!te"ie!to #el P$oble" %1.3 &$'o Te($i'o )1.% Dise*os Co!'e+t,les 1-1.) &t$i #e #e'isi(! 22

PARTE 2DESCRIPCI/N

2.1 Des'$i+'i(! Est$,'t,$l 202.2 Des'$i+'i(! O+e$tiv 22.3 A!lisis #e 'ostos 2

P$te 3RESULTADOS

%.1 Co!'l,sio!es Re'o"e!#'io!es 34%.) 5ibliog$67 31


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1.2 Pl!te"ie!to #el +$oble"

'a espuma metlica es un material relativamente nuevo en la industria y a

pesar de e


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1.3 &$'o te($i'o

'os materiales celulares estn muy e


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a:iertas@ si los 9uecos no estn conectados a trav)s de canales a:iertos5 y estn

separados por paredes s1lidas5 la espuma se conoce como de c)lula cerrada. El

nmero de poros por pulgada lineal =ppi> oscila actualmente de 0 a +,,.

O:viamente5 cada tipo de espuma se presta a aplicaciones adecuadas.

'a proporci1n entre el espacio vaco y volumen total de una pieza de espuma

se llama la porosidad. 'a espuma metlica puede tener porosidades muy altas

=9asta ,.2 o ,.22>. 'a alta porosidad 9ace espumas metlicas muy ligeras5 un

9ec9o ;ue las 9ace e5 las espumas metlicas pueden reducir el

consumo de materiales y de energa5 y potencialmente reducir tam:i)n los costos.

uc9as espumas poseen altos niveles de conductividad t)rmica y el)ctrica y :a6a

capacidad de calor. Otros atri:utos incluyen resistencia ;umica5 a la corrosi1n y a lao5 aislamientoo acstico y

a las vi:raciones y el :linda6e electromagn)tico. 'as espumas son5 evidentemente5

no in$lama:les5 no com:usti:les y recicla:les. 'as espumas de c)lula a:ierta son

altamente permea:les con una densidad de rea super$icie sustancial =9asta 0-,,

m*B m/>.

En lugar de usar metal $undido5 pueden ser usados polvos de metal para

9acer estructuras metlicas porosas. #ara lograr esto se pueden aplicar varios

m)todos En algunos de estos procedimientos los polvos se procesan en un material


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calcularse usando la respuesta $rente a vi:raci1n por impacto segn DIN 0/ 33,5

donde el m1dulo de elasticidad resulta5 casi5 independiente de la $recuencia de

resonancia.

#ropiedades t)rmicas" El aluminio tiene una alta conductividad t)rmica.

De:ido a la elevada super$icie espec$ica de las espumas de aluminio5 tanto con

poros a:iertos como cerrados5 pueden constituir un medio e$iciente para la

trans$erencia de calor. 'as especi$icaciones para estos materiales se realizan a partir

de la disipaci1n de calor y los ndices de cada de presi1n. De:ido a los muc9os

parmetros ;ue estn involucrados5 para evaluar el comportamiento en di$erentes

espumas comerciales y asumir ;ue los mismos coe$icientes son aplica:les para un

gran rango de densidades relativas y tama7os de poro de la espuma5 se utilizan

gr$icos e


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material. Este coe$iciente depende5 adems5 de la naturaleza del material5 de la

$recuencia y del ngulo de incidencia de dic9a onda acstica. 'os $a:ricantes de

materiales suelen darlo en $unci1n de una :anda de $recuencias comprendida entre

+*0 Kz y 3 Kz. 'as espumas de aluminio5 so:re todo a;u)llas con los poros

interconectados son muy e$icaces en la a:sorci1n del sonido" el sonido entrante se

re$le6a dentro de la espuma entre los poros@ la super$icie del poro vi:ra convirtiendo

el sonido en calor. Un nivel de sonido muy reducido se re$le6a dentro del espacio

encerrado. El coe$iciente de a:sorci1n es una $unci1n del espesor del material5 la

densidad y el tama7o del poro. 'a m


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para la evaluaci1n de la $uerza de compresi1n5 como la e


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medios l;uidos y gaseosos5 en los cuales se revela ;ue la energa disipada con un

c9o;ue $rontal e. En los ensayos de c9o;ue la

de$ormaci1n produce una onda plana de tama7o similar al tama7o celular donde la

espuma se $ragmenta en pe;ue7as partculas. 'os ensayos a alta velocidad de

de$ormaci1n se pueden realizar mediante cada de pesos =9asta +,, sR+>5 impacto

con :arra Kopinson =9asta 0+,/ sR+> o mediante ensayos :alsticos =9asta +,0 sR

+>. 'os ensayos de $le


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9an recogido algunos datos de propiedades mecnicas de diversas composiciones y

densidades de espumas de aluminio.

De acuerdo a los estudios realizados so:re las propiedades mecnicas de las

espumas de aluminio5 se puede resumir ;ue la me6or com:inaci1n de propiedades

se suele encontrar en espumas con un elevado nmero de poros =* 20 >5 una

densidad relativa :a6a =,5* ,50>5 una :uena distri:uci1n de poros =3, S, > y un

tama7o de poro entre ,5,* y ,5+* mm*.

8igura +./ Curva de tensi1nde$ormaci1n de espumas de aluminio con di$erentes

densidades relativas.

A continuaci1n se presenta una ta:la de las propiedades mecnicas ms

importantes de las espumas de aluminio.

P$o'eso #e 9$,!:o6e$.

&e pueden producir metales espumados por un m)todo pulvimetalrgico

inventado y patentado por el Instituto 8raun9o$er I8A en 4remen5 Alemania. El

proceso comienza con la mezcla de polvos metlicos =metales elementales5

aleaciones5 o mezclas de polvos> con un agente espumante5 despu)s de lo cual la

mezcla se compacta para dar un denso producto semiaca:ado. En principio5 la

compactaci1n se puede realizar por cual;uier t)cnica ;ue asegure ;ue el agente

espumante ;uede incrustado en la matriz metlica sin ninguna porosidad a:ierta


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residual5 por e6emplo5 la compresi1n unia


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espumar esta7o5 zinc5 lat1n5 plomo y otros metales y aleaciones mediante la

elecci1n de los agentes espumantes y los parmetros del proceso adecuados. &in

em:argo5 las aleaciones ms comunes para $ormaci1n de espuma son aluminio

puro5 aleaciones *


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Despu)s de la compactaci1n se realiza la espumaci1n5 colocando el material

precursor en un molde5 donde se calienta a una temperatura cercana a la de $usi1n

del metal de la matriz a $in de generar la descomposici1n del agente espumante y5

as5 la li:eraci1n del gas ;ue crea la estructura porosa. Una vez alcanzada la

espumaci1n se procede a un en$riamiento rpido. 'a $igura * muestra un es;uema

del proceso. De acuerdo a los datos dados a conocer por di$erentes autores5 las

espumas o:tenidas mediante esta va suelen tener porosidades comprendidas entre

0, 2* 5 con tama7os de poro promedio entre ,50 y mm y con densidades

tpicas en un intervalo de ,53,5 gBcm/. 'a densidad relativa en el caso del aluminio

y del acero suele ser de alrededor del *, y 3,5 respectivamente. #ara o:tener

componentes $inales espumados o con ncleos en espuma5 se 9a puesto a prue:a

la com:inaci1n entre la va de # con la t)cnica de moldeo por inyecci1n5 donde la

espuma5 an en estado semis1lido5 se inyecta de manera controlada en un molde

metlico o en arena con la $orma deseada. Aun;ue las aleaciones de aluminio5 tales

como la S,S05 -,-+5 Al&iSg =A/0->5 Al&i+*5 Al&iS5 Alg&i,.-5 Al&i-5 Al&i-Cu3 son

las ms utilizadas para espumar por este m)todo5 seleccionando los parmetros de

proceso y el agente espumante adecuados@ tam:i)n5 es posi:le espumar por #metales5 tales como el esta7o5 zinc5 :ronce5 plomo5 oro5 acero5 titanio.

Lenta6as

o ecnologa madura para producci1n a gran escala.o Amplio rango de densidades.o Estructuras sndQic9 con uni1n metlica o cermica.

o #roceso relativamente sencillo usando iK* o TrK* como agente espumante.o %ran a:anico de $ormas. Espumaci1n tras con$ormado.o #osi:ilidad de o:tener piezas 9uecas con ncleo de espuma.

Desventa6as

o #roceso ms costoso ;ue la ruta l;uida.o 'imitaci1n de tama7o.o Di$icultades en el control de tama7o de poros.o Kidruros metlicos li:eran K*.


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o #armetros de proceso no optimizados y los e$ectos inevita:les de la

gravedad causan e$ectos adversos so:re el proceso de espumado.o Di$cil lograr la reproduci:ilidad de las espumas

8igura +.0 #roducci1n por pulvimetalurgia

O+'i(! 1.%.2 Si!te$i'i(! #e "e'l #e +olvos "etli'os = "te$il $e"ovible.

Este m)todo $ue desarrollado en la universidad de 'iverpool y consiste en

mezclar polvos en una relaci1n determinada segn la porosidad deseada de unmetal y de un material ;ue permita su remoci1n al $inal del proceso. El tama7o de los

polvos de aluminio no es crtico ya ;ue en este proceso el tama7o de las celdas es

determinado por el tama7o de los granos de sal o de cual;uier otro material utilizado

en su lugar.

En el proceso primero se mezclan los polvos del metal con los de NaCl5 se

compactan5 o : teni)ndose una pre$orma ;ue posteriormente pasa a ser sinterizada

a una temperatura por de:a6o de la temperatura de $usi1n del NaCl y cercana o igual

a la temperatura de $usi1n del metal =$NaClG ,+ C5 sinterizaci1nG-+, a -, C>.

'uego5 se procede a la disoluci1n del NaCl en agua para o:tener una espon6a de

aluminio. 'a velocidad de disoluci1n del NaCl es apro


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8i

gura +.- &interizaci1n de polvos metlicos y rellenos removi:les.

Lenta6as"

o ama7o y distri:uci1n de poros controlado por selecci1n de los granos de la

pre$orma removi:le.o 8le


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o A altas temperaturas de sinterizaci1n5 se incrementa la tendencia a la

evaporaci1n de elementos de aleaci1n y la $usi1n parcial.o Di$icultad para o:tener una mor$ologa 9omog)nea de poros.o

El 1


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8igura +.S &interizaci1n de polvos o $i:ras

metlicas

1.) &ATRI> DE DECISION

C$ite$ios #e De'isi(!

9'il 9b$i''i(!8

Con6untos a ensam:lar.

Comple6idad del mecanismo.

Costos #e 9b$i''i(!8

Econ1mico" El valor econ1mico de la alternativa de soluci1n se asume como

criterio de evaluaci1n5 de:ido a ;ue se :usca un sistema ;ue cumpla todas

las $unciones al menor costo posi:le. Cantidad de elementos en el dise7o5 a mayor nmero de elementos mayor

ser el costo estimado.

&!te!i"ie!to8

Dura:ilidad" Indica el tiempo en operaci1n ;ue re;uiere una alternativa de

soluci1n para ser reemplazada por no cumplir adecuadamente su $unci1n. 8cil limpieza" 'a limpieza de:e ser sencilla@ se cali$ica este criterio

dependiendo de la $acilidad con ;ue se pueda acceder al elemento de inter)s

y teniendo en cuenta si se re;uiere desmonta6e. 8cil consecuci1n de repuestos" Es importante conseguir un elemento ;ue 9a

$allado5 de manera $cil5 ya ;ue de esto depende la continuidad en el

$uncionamiento del e;uipo. 8cil monta6e

Seg,$i##8


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!iesgo al operario" 'a seguridad en el e;uipo es muy importante para

garantizar el :ienestar del operario.

?e$stili##8

8cil de operar" &e re$iere a ;ue sea sencilla la manipulaci1n de los e;uipos5

teniendo en cuenta la $uerza 9umana.

Dese"+e*o8

Lenta6a mecnica" &e re$iere a minimizar el es$uerzo 9umano y el gasto de

energa de la $uente motriz del proceso.

E$icacia" &e re$iere a la capacidad con la ;ue cuenta el sistema para realizar

el tra:a6o. E$iciencia" &e re$iere a la relaci1n entre lo producido y lo invertido5 es decir5

9ace re$erencia a las p)rdidas de energa generadas.

&t$i #e De'isio!es

*o

+t,l

9'il

9b$i''i(!

;24@ / =,.S0> / =,530> / =,5/> / =,5/> / =,5-

/ =,5-> * =,50> * =,5/> * =,5*> / =,5/> 3 =,.

3 =,5> * =,50> / =,530> / =,5/> / =,5/> / =,5-

P,!tje '$ite$io #e evl,'i(! +$ l "t$i #e +,!t,'i(!.

'a puntuaci1n de concepto est de$inida por la suma ponderada de las

cali$icaciones5 por lo tanto cada criterio de evaluaci1n tiene un porcenta6e de

incidencia so:re el resultado $inal5 el mayor punta6e indicara cual es el ms

apropiado.

Lee!#8

=3>. E


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=*>. !egular" El dise7o se considera totalmente $uncional sin em:argo puede

presentar di$icultades.

=+>. al" No recomenda:le.


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Conclusi1n de matriz de decisi1n

Al o:servar los resultados arro6ados por la matriz de decisiones5 tenemos

;ue el dise7o ms apropiado para su elecci1n en virtud del pro:lema ;ue $ue

planteado en otra ocasi1n es el XY+Z5 ya ;ue este es el ms sencillo de $a:ricar5ensam:lar5 rpida aplicaci1n de mantenimiento a las partes ;ue con$orman su

sistema y posee el menor costo de $a:ricaci1n5 por otro lado el dise7o XY*Z F el

XY/Z no son los mas apropiados a pesar ;ue cumple con la $unci1n esperada5 ya

;ue estas propuesta son poco atractivas de:ido a su ms elevado costo.


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&e'l#o$

8igura *./ ezcladora de polvos 9omogeneizadora.

&,i! Et$,so$

8igura *.3 #rensa de e


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2.2 Des'$i+'i(! o+e$tiv

El proceso de $ormaci1n de la espuma metlica empieza con la o:tenci1n de los

polvos metalrgicos as como de la espuma a agregar en la mezcladora. 'a

proporci1n de polvos a agregar es de Al/ Qt iK*a una velocidad de *,, rpm5

para tener una mayor e$iciencia las mezcladora se de:e llenar entre un *, y un 3,

de su capacidad total y asi o:tener una mezcla 9omog)nea.

'uego esta mezcla se coloca dentro de la ma;uina e. 'a temperatura de $usi1n del aluminio es

de 2// es decir ;ue la temperatura de sinterizacion de:e estar entre -0/ y 3, 5

para lograr esto se usara un 9orno industrial a convecci1n $orzada.


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2.3 A!lisis #e 'ostos

*./.+. Costos inciales"

A. Ad;uisici1n de e;uipos"

E;uipo Costo =[>ezcladora 0,,,E Costo =[>#olvos metalrgicos +-0

Agente Espumante =iK*> 00,

Costo materiales importados

mensualmente"

+2*0,, [

otros Costo =4s>

ano de o:ra especializada 2,,,Consumo el)ctrico del proceso S-5*0 JvaB9ransporte de materiales +*,,,,mantenimiento No constante

Costo operacional mensual" +-0/,, 4&

En :ase a una producci1n neta de una tonelada mensual

Co!'l,sio!es $e'o"e!#'io!es


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&e dise71 un sistema de producci1n de espuma metlica con capacidad

para +,,, toneladas al mes.

Aparte del Kidruro de titanio =II> pueden utilizarse otros agentes

espumantes. Es posi:le automatizar la mayor parte del proceso mediante sistemas de

control5 y el uso de la ro:1tica5 con personal mnimo.

A pesar de ;ue el dise7o est orientado al el aluminio5 pueden tratarse

otros metales con el mismo sistema a;u mostrado.

5ibliog$67

%!OOLE!5 iell X8undamentos de manu$actura modernaZ /\ Edici1n. c%!AHKI''BINE!AE!ICANA EDIO!E&5 &.A. DE C.L.l5 )


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9ttp"BBarticulo.mercadoli:re.com.veB'L33+-233-0ma;uinamezcladorde

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http://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-441694465-maquina-mezclador-de-solidos-polvos-_JMhttp://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-441694465-maquina-mezclador-de-solidos-polvos-_JMhttp://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-441694465-maquina-mezclador-de-solidos-polvos-_JMhttp://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-441694465-maquina-mezclador-de-solidos-polvos-_JM

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