Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 12, N° 1 Y 2, 1993. 85

DISEÑO ESTADISTICO DE EXPERIMENTO APLICADO A REFRACTARIOSTECNICA TAGUCHI: DOS EJEMPLOS SENCILLOS.

Salazar F., Miriam H.; Perdomo O., Oscar E.; Soto F., Joe A.

Cerámica Carabobo c.A., Valencia, Edo. Carabobo. Venezuela.

ResumenEn el presente trabajo se exponen los resultados de la aplicación de la técnica estadística Taguchi de

experimentos a dos problemas en el campo de los Refractarios, uno referido a la optimizació~ de las variablesde proceso en una mezcla de composición constante destinada a la producción de ladnllos refractanosaislantes, y el otro en relación a la composición de concretos refractarios. En ambos casos, se obt~vo u~ altogrado de concordancia entre las predicciones del diseño y los resultados de los experimentos de verificación.

DISEÑO EXPERIMENTAL

Aplicando las técnicas de diseño estadísticode experimentos del Dr. Taguchi, se efectuaronensayos para optimizar el proceso de fahricaciónde un refractario aislante grupo 26 (ASTM C-155)y la composición de moldeables aislantes clases Py Q (ASTM C-401). Las variables dependientesconsideradas fueron el peso volumétrico y laresistencia mecánica en el ensayo de compresión.Para los moldeahles aislantes tamhién se evaluó elcamhio lineal permanente por recalentamiento alOOO°C. En la tabla #1, se resumen los valoresesperados para cada variahle dependiente. Lastahlas # 2, 6 Y7, muestran los factores de controlconsiderados en el .estudio como variablesindependientes a ser optimizadas. Para el caso delrefractario aislante grupo 26, además de losfactores de control se consideraron algunasinteracciones (Tabla #3), las cuales fueronajustadas a un arreglo ortogonal L16 (2A15); paralos moldeables aislantes clase P y Q, sólo seconsideraron factores de control y se ajustaron aarreglos ortogonales L9 (3A4). Los experimentosse efectuaron al azar, siguiendo la estructura

experimental indicada por los arreglosortogonales.

ANALISIS DE RESULTADOSEl análisis de los resultados experimentales

se hizo utilizando la técnica estadística de análisisde varianza (ANO VA) según la modificaciónintroducida por Taguchi, quien asigna un pesorelativo (rho %) a los factores significativosestadísticamente y lo expresa como fracciónporcentual de la suma pura total de cuadrados delos efectos de todos los factores e interaccionesbajo estudio.

Una vez conocidos los factores de mayorpeso estadístico, se determinó mediante las tablasde sumas promedio de nivel, el nivel en el cual suefecto es óptimo para las variahles dependientesbajo estudio. Para los factores de menorsignificación estadística se escogieron aquellosniveles que representahan las condiciones mássencillas o el menor costo. Así se seleccionaronlas mejores combinaciones, que representan losniveles de los factores que en conjunto producenlos mejores resultados.

Tabla #1. Valores Esperados para cada variable dependiente

Reí".Aislante Mold. Aislante Mold. Aislante ClaseVariable Denendiente G26(C-155) Clase P(C-40l) O(C-401)

Peso Volumétrico (g/crn ') <0.86 <1.08 < 1.40Resist. Compresión (kg/cm2) >25 >20 >80Cambio Lineal, 1000 "C (%) <= -0.60 <= -0.30

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Tabla #2. Factores de control.Refractario Aislante Grupo 26 (ASTM e-155)

Tabla #3. Interacciones. Aislante Grupo 26

INTERACCIONESESTUDIADASNIVELES

FACTOR DESCRIPCION 1 2

A -Densidad del lígante Baja Alta

B -Cantidad de ligante en Baja Altala mezcla

C -Tíempo de mezclado de Normal Largola mezcla total

D -Forma de adición del &tam hmmligan te

E -Fínura agregado liviano Baja Alta(relac. +20/-65 mesh)

F -Finura de la arcilla #1 l'ixlld SUfUfim

G -Finura de la arcilla #2 l'ilIrd Suuñm

H -Tiernpo de premezclado Normal Largode las arcilla"

AxCBxCCxDAxHCxEFxHBxH

Tabla #4. Intervalos de confianza estimados por elANOV A para la mejor combinación.Refractario Aislante Grupo 26 (ASTM C-155)

MEJORES COMBINACIONESPROPIEDADES 1-1 1-2

•Peso Volurnétrico (g/crn-') 0.85-0.87 0.85-0.90Resist. Compresión (kg/cm2) 25-32 35-42

MEJORES NIVEL DE LOS FACTORESCOMBINACIONESAislante Grupo 26 A2, B2, el, 02, El, F2, GI, HI (1-1 )

A2, B2, el, 02, El, F2, G2, HI (1-2)Moldeable Clase P A2, B3, cz (2-1)

Al, B3, C2 (2-2)A3, B2, el (2-3)

Moldeable Clase Q A2, B2, e3,0 1 (3-1)A3, B2, ea DI (3-2)

Tabla #5. Resultados obtenidos en losexperimentos de verificación de las mejorescombinaciones.Refractario Aislante Grupo 26 (ASTM e-155)

Finalmente se calculó el promedio esperadoy su intervalo de confianza a 95% de probabilidadpara las mejores combinaciones, los cuales secomprobaron en las pruebas de verificación. Lastablas # 4 Y 5 (Aislante Grupo 26), 8 Y 9(Moldeable P) y 10 Y 11 (Moldeable Q) muestranlas predicciones y los resultados obtenidos en laspruebas de verificación. La comparación entre losrequerimientos establecidos inicialmente (Tabla#1), las predicciones (Tablas # 4, 8 Y 10) Y losvalores obtenidos en las pruebas de verificación(Tablas # 5, 9 Y 11) tienen un altísimo grado deconcordancia.

MEJORES COMBINACIONESPROPIEDADES 1-1 1-2

Peso Volurnétrico (g/cm3) 0.85 0.86Resist. Compresión (kdcm2) 25 38

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Tabla #6. Factores de control. Moldeable Aislante Clase P (ASTM C-40l)

NIVELES DE ESTUDIOFACTOR DESCRIPCION 1 2 3

A Aregado Liviano Bajo Medio Alto

B Cemento Aluminoso Bajo Medio Alto

C Granulomeuía de la Media fina (M+F)/2Chamota

Tabla #7_ Factores de control.Moldeable Aislante Exuufuerte Clase Q (ASTM C-4tH)

NIVELES DE ESTUDIOFAr.T()R DESCRIPCJ()N 1 2 3

A Arcgado Liviano Bajo MeJio Alto

B Cemento Aluminoso B¡\io Medio Alto

C Granulomctría de la Media fina (M+F)/2Chamota

D Plaxtificante Bajo Medio Alto---

Tabla #R. Intervalos de Confianza Estimados por el ANOV A para la mejorcombinación dd Moldeable Aislante Clase P (ASTM CAOl)

ME./( )RES COM131NACIONESPROPIEDADES (2-1) (2-2) (2-3)

Peso Voluméuico (g/cm3) 1.()() - 1.04 1.11 - 1.14 un - L04Módulo Rotura (kg/cm2) 12 - 14 13 - 15 6 - 8

Rcsist. Compresión (kg/cm2)' 40 - 50 43 - 53 19 - 29c.L.P lO()O "e (%) -0.72 a -0.93 -0.56 a -0.99 -0.80 a -0.99C.L.P 1150 "C (%) -O.RR a -1_5 -0.58 a -L20 -LI8 a -L80Auua Requerida (%) 44.4 - 52.8 38.2 - 46.5 46.8 - 55.l

Tabla #9. Resultados obtenidos en los experimentos de verificación de las mejores combinaciones.Moldeable Aislante Clase P (ASTM C-40l)

MEJORES COMBINACIONESPROPIEDADES (2-1 ) (2-2)

Peso Volurnétrico (g/cm3) 1.01 /1.12

Módulo Rotura (kg/cm2) 13 16Resisr. Compresión (kg/cm2) 40 45C.L.P 1000 "e (%) -0.6 -0.6c.L.P 1150 "e (%) -0.8 -0.7Auua Requerida (%) 48 403

Latin/vmericun Journal of Metallurgy al/el Mutetiuls, Vol. 12, N° l. 2, 1993.

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Tabla #10. Intervalos de Confianza Estimados por el ANOVA para la mejor combinacióndel Moldeable Aislante Extrafuerte Clase Q (ASTM C-401)

MEJORES COMBINACIONESPROPIEDADES (3-1) (3-2)

Peso Volumétrico (g/cm3) 1.32 - 1.36 1.28 - 1.25Módulo Rotura (kglcm2) 20 - 26 18 - 21Resist. Compresión (kg/cm2) 105 - 122 . 99 - 116C.L.P 1000 °C (%) -0.25 a -0.44 -0.21 a -0.39C.L.P 1150°C (%) -0.30 a -0.50 -0.35 a -0.55Agua Requerida (%) 30.0- 34.0 32.5 - 36.2

Tabla #11. Resultados obtenidos en losexperimentos de verificación de las mejorescombinaciones.Moldeable Aislante Extrafuerte Clase Q (ASTM C-401)

MEJORES COMBINACIONESPROPIEDADES (3-1) (3-2)

Peso Volumétrico (g/crn3) 1.33 1.29Módulo Rotura (kg/crn 2) 23 24Resist. Compresión (kg/cm2) 116 100C.L.P 1000 °C (%) -0.3 -0.3C.L.P 1150°C (%) -0.4 -0.4Azua Reauerida (%) 33.3 35.0

CONCLUSIONES

Los estudios realizados demostraron que sepueden optimizar las características de calidad delos productos terminados, bien sea diseñandomezclas de composición óptima o ajustando lasvariables del proceso de fabricación, de tal formaque manteniendo a las variables independientesconsideradas en el estudio en los nivelesdeterminados como óptimos se garantizarfanproductos de propiedades mejores y másuniformes.

En este trabajo sólo se tomaron en cuentalos efectos de las variables de control y de algunasinteracciones establecidas entre ellas, sinconsiderar la influencia que podrían tener losfactores de ruido. Sin embargo, se ha demostradoque la técnica es efectiva y que mediante ella sepueden lograr resultados verdaderamenteconfiables.

BIBLIOGRAFIA

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