Tecnologías y Procesos de Producción

Universidad Católica de Salta Ingeniería Industrial – 2007

TECNOLOGÍAS Y PROCESOS DE PRODUCCION

Temario y lecciones

Tema I. Los procesos de manufactura en la ingeniería industrial

• Algunas definiciones • Concepto de proceso en la Ingeniería Industrial • Concepto de manufactura • Clasificación de los procesos de manufactura • Diagramas de procesos de manufactura • El ingeniero industrial y los procesos de manufactura • Efectividad y eficiencia

Tema II. Trabajo en banco

• Seguridad en el taller • Procesos de manufactura en banco • Herramientas de banco principales y sus principios

Tema III. Naturaleza y propiedades de los materiales

• Clasificación de los materiales • Estructura de los metales • Solidificación y aleación de los metales, diagrama HHC • Hierros y aceros • Propiedades de los metales

Tema IV. Producción de metales ferrosos

• Producción del hierro y el acero • El alto horno • Reducción directa del mineral de hierro • Diferentes procesos de producción de hierro y acero • Proceso de pudelado • Hornos Bessemer • Horno básico de oxígeno (BOF) • Horno de hogar abierto • Horno de arco eléctrico • Horno de refinación • Horno de inducción • Horno de aire o crisol • Horno de cubilote

Ing. Ernesto Rubén Parada Rallin 1 de4



• Clasificación de los aceros • Lingotes y colada continua • Algunos elementos químicos en la fundición del hierro

Tema V. Producción de metales no ferrosos

• Propiedades • Producción de alumnio • Producción del magnesio • Producción del cobre • Producción del plomo • Algunas aleaciones no ferrosas • Más información sobre: aluminio, latón, magnesio y estaño

Tema VI. Procesos de fundición

• Fundición a la arena. Arena, moldes, modelos, corazones y terminado • Procesos especiales de fundición

1. Moldes metálicos 2. Fundición centrífuga 3. Fundición de precisión

Tema VII. Tratamientos térmicos

• Endurecimiento del acero • Temple (revenido) • Recocido • Cementado • Carburización por empaquetado • Carburización en baño líquido • Carburización por gas • Carbonitrurado, cianurado y nitrurado • Práctica de tratamientos térmicos

Tema VIII. Soldadura

• Uniones y características de la soldadura • Soldadura blanda • Soldadura fuerte • Soldadura por forja • Soldadura por gas • Soldadura por resistencia • Soldadura por inducción • Soldadura por arco eléctrico • Soldadura por arco con hidrógeno atómico




• Soldadura por arco con gas protector • Soldadura por vaciado • Soldadura por fricción • Soldadura por explosión

Tema IX. Pulvimetalurgia

• Características • Proceso general • Producción de polvos • Polvos especiales • Conformación • Extrusión • Prenzado sinterizado

Tema X. Corte de metales y características de herramientas

• Tipo, materiales y características de herramientas de corte • Fluidos de corte y técnicas de formado • Teoría del corte, filos, caras y ángulos de las herramientas de corte

Tema XI. Elementos básicos de las máquinas herramienta

• Estructura básica • Elementos de sujeción • Movimientos • Dispositivos para el trabajo manual • Velocidad de corte y de sistemas de transmisión • Mantenimiento

Tema XII. Torno

• Características y tipos • Calidad en la producción • Capacidad de producción • Tipos de tornos en el mercado • Tallado de roscas

Tema XIII. Taladro

• Su uso y clasificación • La producción de los taladros • Características de las máquinas de taladrar • Tipos de taladros en el mercado

Tema XIV. Fresa




• Clasificación de las máquinas fresadoras • Producción de las máquinas fresadoras • Algunos tipos de fresas en el mercado

Tema XV. Cepillo

• Especificaciones de los cepillos de corte • Descripción • Mecanismos de transmisión • Tipo de trabajo y movimientos • Herramientas de corte para cepillos de codo • Ajustes del cepillo

Tema XVI. Abrasivos y esmerilado

• Cálculo de la producción en las muelas

Tema XVII. Control numérico

• ¿Qué se automatiza en las máquinas herramienta? • Tipos de control en las máquinas automáticas

Tema XVIII. La Contaminación ambiental y los Ingenieros Industriales

• Introducción • Ecología y Ecosistema • Contaminación del aire • Contaminación del agua • Contaminación del suelo • Control de emisiones contaminantes del aire • Cámaras de sedimentación • Separadores centrífugos • Colectores húmedos • Filtros de tela o bolsas • Precipitador electrostático




Tema I. Los procesos de manufactura en la ingeniería industrial

• Algunas definiciones • Concepto de proceso en la Ingeniería Industrial • Concepto de manufactura • Clasificación de los procesos de manufactura • Diagramas de procesos de manufactura • El ingeniero industrial y los procesos de manufactura • Efectividad y eficiencia • Bibliografía

Algunas definiciones

Algunas definiciones: Ingeniería, Ingeniería industrial, proceso y manufactura

Ingeniería. Conjunto de conocimientos y técnicas que permiten aplicar el saber científico a la utilización de la materia y de las fuentes de energía// 2. Profesión y ejercicio del ingeniero.

Ingeniero, ra. (De ingenio, máquina o artificio) Persona que profesa o ejerce la ingeniería. //2. El que discurre con ingenio las trazas y modos de conseguir o ejecutar una cosa. // etc. etc.

Ingenio. (Del Lat. Ingenium.) Facultad del hombre para discurrir o inventar con prontitud y facilidad.//2 Sujeto dotado de esta facultad.//3 Intuición, entendimiento, facultades poéticas y creadoras. //4. Industria maña y artificio de uno para conseguir lo que desea.//5 Chispa, talento para mostrar rápidamente el aspecto gracioso de las cosas.//6 Máquina o artificio mecánico.//7 Cualquier máquina o artificio de guerra para ofender y defenderse.//8 Instrumento usado por los encuadernadores para cortar los cantos de los libros.//9 Ingenio de azúcar. Etc.

Diccionario de la Lengua

Española de la Real Academia Española

Vigésima primera edición

Editorial Espasa Calpe S.A.

1992.




Concepto de proceso en la Ingeniería Industrial

"Proceso es el conjunto de actividades relacionadas y ordenadas con las que se consigue un objetivo determinado"

En la ingeniería industrial el concepto de proceso adquiere gran importancia, debido la práctica en esta carrera, requiere:

Planear, integrar, organizar, dirigir y controlar

Estas actividades permiten a los Ingenieros Industriales lograr sus objetivos en el ejercicio de su profesión.

El ingeniero industrial debe considerar a los procesos de producción como una herramienta para:

• El diseño y definición de planes, programas y proyectos • El diseño, integración, organización, dirección y control de

sistemas • La optimización del trabajo • La evaluación de resultados • Establecimiento de normas de calidad • El aumento y control de la eficiencia • Etc.

Concepto de manufactura

Se pueden dar dos definiciones:

1. Manufactura. "Obra hecha a mano o con el auxilio de máquina.// 2. Lugar donde se fabrica" (diccionario de la lengua española de la real academia de la lengua)

2. Manufactura. (DEFINICIONES DE MANUFACTURA, OBTENIDAS POR LOS ALUMNOS DEL GRUPO)

Conjunto de actividades organizadas y programadas para la transformación de materiales, objetos o servicios en artículos o servicios útiles para la sociedad.

Manufactura y el ingeniero industrial

El ingeniero industrial observa a la manufactura como un mecanismo para la transformación de materiales en artículos útiles para la sociedad. También es




considerada como la estructuración y organización de acciones que permiten a un sistema lograr una tarea determinada.

Clasificación de los procesos de manufactura

De manera general los procesos de manufactura se clasifican en cinco grupos:

Procesos que cambian la forma del material

• Metalurgia extractiva • Fundición • Formado en frío y caliente • Metalurgia de polvos • Moldeo de plástico

Procesos que provocan desprendimiento de viruta por medio de máquinas

• Métodos de maquinado convencional

• Métodos de maquinado especial

Procesos que cambian las superficies

• Con desprendimiento de viruta • Por pulido • Por recubrimiento

Procesos para el ensamblado de materiales

• Uniones permanentes • Uniones temporales

Procesos para cambiar las propiedades físicas

• Temple de piezas • Temple superficial

Procesos de manufactura en este curso

Trabajo en banco Cepillado Torneado Brochado Taladrado, rimado, barrenado mandrilado y avellanado Esmerilado

Fresado

Para que estos procesos sean de utilidad para los ingenieros industriales se deben considerar los siguientes temas:

• Criterios para la producción económica con finalidad de beneficio económica.

• Criterios de producción económica con finalidad de efectividad.

Criterios de la producción con fines de beneficio económico




Costos • Aceptables • Competitivos

Rentabilidad Ganancias superiores a las que proporciona el banco

Calidad Sólo la necesaria (no inversiones que no sean necesarias)

Criterios de la producción con fines de la efectividad

Proyecto Diseños funcionales que permitan la manufactura calculada y controlada.

Materiales Selección de los materiales adecuados y económicamente aceptables.

Procesos de manufactura

Sistemas para la transformación de los materiales con la calidad adecuada, considerando las necesidades del cliente, de manera eficiente y económica.

Factor humano • Motivación • Trato • Facilidad • Capacitación • Seguridad

Proceso administrativo

• Planeación • Integración • Organización • Dirección • Control

Diagramas de procesos de manufactura

Para el mejor entendimiento de los procesos de manufactura es necesario el uso de diagramas que permiten la fácil identificación de actividades y sus relaciones.

Todo ingeniero industrial debe tener la capacidad de la representación sintética de las actividades de producción o de organización por medio de diagramas, en los que se muestren todas las acciones que dan como resultado productos o servicios de una organización.

Diagrama de proceso es la representación gráfica de las acciones necesarias para lograr la operación de un proceso.




El ingeniero industrial y los procesos de manufactura

Unas de las características de los Ingenieros Industriales es que:

• Tienen claros sus objetivos • Aplican de manera efectiva el proceso administrativo

Un plan elemental de trabajo

ACTIVIDAD HERRAMIENTA OBSERVACIONES

Con el plano de taller se elabora el plan de trabajo

Se debe considerar que al ingeniero industrial le interesa conocer además de la forma en que opera una máquina herramienta, su capacidad de producción, debido a que su objetivo es la programación y el rendimiento.

Efectividad y Eficiencia

En este curso se considerará como:

Eficiencia a




La relación numérica que existe entre la cantidad lograda por un sistema y la máxima cantidad que dicho sistema pueda lograr.

Efectividad a

La estimación del cumplimiento de objetivos, fines o funciones de un sistema o proceso, sin que exista evaluación numérica o estándares predeterminados.

Bibliografía

Para mayor información sobre estos temas se recomienda consultar los siguientes libros:

Título/Autor/editorial Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

13 a 29

Procesos básicos de manufactura, de H. C. Kazanas, genn E. Backer, Thomas Gregor. Mc Graw Hill

1 a 22

Ingeniería de Manufactura, de U. Scharer, J. A. Rico, J. Cruz, et al. Companía Editorial Continental

9 a 19

Principios de Ingeniería de Manufactura, de Stewart C. Black, Vic Chiles et al. de la Compañía Editorial Mexicana

1 a 11

Operación de máquinas herramientas, de Krar, Oswald, St. Amand. Mc Graw Hill

105 a 110

Alrededor de las Máquinas-Herramientas, de Heinrich Gerling, editorial Reverté.

9 a 12

Consulte páginas relacionadas con producción o planeación de la manufactura.




Tema II. Trabajo en banco

• Seguridad en el taller • Procesos de manufactura en banco • Herramientas de banco principales y sus principios • Bibliografía

Seguridad en el taller

Siempre se deben observar las normas de seguridad señaladas en los carteles o avisos.

1. En la seguridad habrá que considerar:

• Responsabilidad • Recomendaciones para el personal • Orden y limpieza • Manejo adecuado de herramienta y maquinaria

2. Recomendaciones para el operador:

• Uso de gafas o anteojos de seguridad • No usar ropa suelta o floja junto a la maquinaria (ojo corbatas) • Uso del calzado adecuado • No usar anillos, relojes o pulseras • No usar cabello largo • No jugar en el taller • No usar aire comprimido para limpiar la ropa, herramientas o las

máquinas

3. Orden y limpieza

• Mantener el piso alrededor de una máquina libre de herramientas o materiales

• Mantener el piso libre de grasa o aceite • Barrer con frecuencia las virutas del material que caen al piso • Mantener limpias siempre las máquinas • No poner herramientas o materiales en la mesa de las máquinas • Detener siempre la máquina antes de tratar de limpiarla

4. Manejo adecuado de herramientas y materiales




• Eliminar siempre las rebabas y bordes agudos de las piezas de trabajo • No manejar herramientas de corte con la mano desnuda • Usar técnicas adecuadas para levantar herramientas o materiales (para

evitar lesiones de la espalda)

5. Operación de las máquinas herramienta

• Nunca operar una máquina que no se conozca su operación, sus partes y la forma de detenerla rápidamente

• Comprobar que la máquina cuenta con todos sus protectores o guardas de seguridad

• Mantener las manos alejadas de las piezas cuando estas se encuentren en movimiento

• Siempre detenga la máquina antes de limpiarla

Procesos De manufactura en banco

Es aplicable cuando se requieren los procesos manuales de:

• Ajuste • Marcado (troqueles) • Acabado • Afilado • Formado

Algunos procesos del trabajo de banco son:

• Aserrado • Limado • Corte de metales • Acabado de metales • Abocardado de metales




• Roscado

Para ello se utilizan:

1. Sierras o seguetas 2. Limas 3. Machuelos y tarrajas 4. Rimas para escariado 5. Brochas para terminados 6. Equipo diverso

El trabajo en banco se caracteriza porque las piezas obtenidas son únicas, su tiempo de elaboración es muy grande; en comparación con las que son elaborados con máquinas y por sus dimensiones poco precisas.

Herramientas de banco principales y sus principios

1. Sierras (seguetas)

• Paso de las sierras más comunes es 14, 18, 24 o 32 • Los dientes se pueden colocar en una hilera o dos de manera

encontrada • Se recomienda que por lo menos dos dientes estén en contacto con el

material cuando se esté cortando • Los dientes de la sierra deben apuntar hacia el frente

2. Limas Herramienta que se usa cuando una máquina no puede hacer el trabajo, se fabrican de acero al alto carbono, endurecido.

Existen limas:

• Musas (una sola hilera de dientes, para superficies tersas) • De doble talla (dos hileras de dientes, para eliminar material con

rapidez)

La clasificación general de las limas por su grado de aspereza es:




• Basta, gruega (limatones) • Bastardas • Entrefina (de segundo corte) • Musa • Sorda

Su grado de aspereza se indica con los números del 00 al 8 (00 es la más áspera).

Forma de limas

• Planas • Cuadradas • Redondas • Triangulares • Media caña

• Finísima puntiaguda • Ovalada • De cerrajero • De bonete con lomo plano • De forma de cuchillo

3. Corte de roscas (machuelos y terrajas)

Existen machuelos:

1. De mano (herramientas para el corte de roscas internas), los que pueden ser de tres o cuatro hilos.

2. Ahusados desde seis roscas para empezar el corte de la rosca en barrenos ciegos.

3. Paralelos. Sólo tienen conicidad en tres roscas.

4. Cilíndricos. No tienen conicidad, sino sólo un bisel (chaflán) en el extremo de la rosca (roscado de agujeros ciegos).

Los machuelos pueden ser para roscas en:

a. pulgadas (sistema inglés (1/2-13NC)

b. milímetros (sistema métrico (M25X0.45)

Esto significa:

a. ½’’ mayor diámetro, 13 hilos NC (national coarse)

b. rosca métrica de 2.5 mm de diámetro, 0.45 de paso de rosca)




El diámetro de la broca para hacer un machuelo

Por lo regular se utilizan tablas, sin embargo existe una fórmula para calcularlo:

Para roscas en pulgadas

T.D.S. = D- 1/N

En donde T.D.S. = Medida del agujero para el machuelo.

D = Diámetro mayor del machuelo

N = N° de hilos por pulgada

Para roscas en milímetros

T.D.S = D - P

En donde P = Paso de la rosca

Los dados de terraja

Son herramientas para cortar roscas externas en piezas de trabajo redondas.

Los dados más comunes son los macizos y los ajustables divididos.

Se recomienda ver ROSCAS de este mismo curso

4 y 5. Rimado (escariado) y brochado

1) El rimado o escariado

Procedimiento para dar el tamaño exacto a un barreno y producir un buen acabado.

Existen rimas:

• Fijas • De expansión




• Ajustables • Cónicas

2) Brochado

Procedimiento para producir formas especiales en el metal.

Las formas son diversas, siendo estas de acuerdo a la forma de la brocha. Las más comunes son:

• Cuadradas • Redondas • Triangulares • Rombo • Oval • Doble joroba

6. Equipo diverso

Trazadores, tinta, instrumentos de medición, compases, puntos o granetes, martillo, tornillo de banco, centradores, esmeril, etc.

Consulte:

http://www.celta.com.mx

http://paginas.infosel.com/th

http://page.auctions.yahoo.com

http://www.analitica.com.mx/Curso/Proceso2/roscas.htm

Bibliografía

Título/Autor/editorial II Páginas Principios de Ingeniería de Manufactura, de Stewart C. Black, Vic Chiles et al. de la Compañía Editorial Mexicana

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Roscas y su tallado

Las roscas se pueden emplear para: a) Unir piezas de manera permanente o temporal, éstas pueden tener movimiento o quedar fijas. La unión se hace por medio de tornillos y tuercas, elementos que contienen una rosca. Para que un tornillo sea acoplado con su tuerca ambos deben tener las medidas adecuadas y el mismo tipo de rosca.

b) Generar movimiento en máquinas o en transportadores. Los mejores ejemplos de esta aplicación se tienen en los tornos, en los que por medio de un tornillo sinfín se puede mover el carro o en los elevadores de granos en los que por medio de un gusano se transportan granos de diferentes tipos.

¿Por qué funciona una rosca? La forma más sencilla de entender y explicar el funcionamiento de una rosca es la siguiente: Imagine que enrolla en un perno cilíndrico recto un triángulo rectángulo de papel. La trayectoria que sigue la hipotenusa del triángulo es una hélice que se desarrolla sobre la




superficie del cilindro, esa es la rosca que nos sirve para fijar o transportar objetos.

El mismo papel que se enrolló sobre el cilindro del tornillo nos indica que las roscas actúan como un plano inclinado, pues al deslizarse la tuerca por las orillas de la rosca se está siguiendo la trayectoria de un plano inclinado, del cual su fórmula elemental es:

P x L = W x h P = fuerza aplicada L = longitud del plano inclinado W = fuerza generada h = altura del plano inclinado Lo anterior se puede reflejar en la fuerza que se generaría en una prensa de husillo como se puede observar a continuación.

Las orillas de la rosca en el tornillo actúan como el plano inclinado. Por cada vuelta que se da a la manivela se logra un avance de "h", generando una fuerza de "W", todo esto producto de la fuerza aplicada




en la manivela "P" en una trayectoria igual al perímetro "2Pi x r". Con lo anterior se puede construir la siguiente expresión. P x 2Pi x r = W x h Por ejemplo: si se aplica en una prensa como la mostrada, con avance "h" en cada vuelta de 2 mm, brazo de palanca "r" de 200 mm y si se aplica una fuerza "P" de 15 Kg., se tendrá. Sustituyendo en la ecuación de la prensa (15) (2)(3.14)(200) = W (2) Despejando "W" W = 9,420 Kg. Como la fricción en la rosca genera una pérdida de la fuerza de un 40% se tendrá: W = 9,420 x 0.6 = 5,652 Kg. Lo anterior implica que con nuestra pequeña prensa y 15 Kg., se obtengan más de 5.5 toneladas de fuerza. Tipos de rosca En el mercado existen diferentes tipos de roscas, su forma y características dependerán de para qué se quieren utilizar. La primera diferencia que se puede distinguir es su forma, ya que hay de cinco tipos de roscas: a) agudas o de filete triangular b) trapeciales c) de sierra d) redondas o redondeadas f) de filete cuadrado Las roscas de filete triangular o agudo se usan en tornillos de fijación o para uniones de tubos. Las trapeciales, de sierra y redondas se utilizan para movimiento o trasporte y las cuadradas casi nunca se usan.




Las roscas agudas o triangulares quedan definidas por los diámetros exterior (d), del núcleo (d1) y del de los flancos (d2), así como por el ángulo de los flancos (alfa) y su paso (h)

El sentido de las roscas es otra de sus características. Hay roscas derechas e izquierdas. La rosca derecha se tiene si al girar el tornillo de acuerdo a las manecillas del reloj este tiene penetración y la rosca izquierda se tiene si al girar al tornillo en contra de las manecillas del reloj este avanza penetrando también.




Las roscas pueden tener una sola hélice (un sólo triángulo enrollado) o varios, esto indica que las roscas tendrán una o varias entradas.

A) Rosca sencilla B) Rosca doble C) Rosca triple Las roscas están normalizadas, en términos generales se puede decir que existen dos tipos fundamentales de roscas las métricas y las Whitworth. Las normas generales son las siguientes: Sistema métrico BS 3643: ISO Roscas métricas BS 4827: ISO Roscas miniatura o finas BS 4846: ISO Roscas trapeciales o trapezoidales BS 21: Roscas para conexiones y tubos de paredes delgadas Sistema inglés BS84: Roscas Whitworth BS93: Roscas de la British Assiciation (BA) La mayoría de las normas se pueden encontrar en el manual Machinery's Screw Thread Book. Las principales características y dimensiones proporcionales de las roscas triangulares métricas y Whitworth se observan en los siguientes dibujos.




Rosca métrica en la que su altura (t1) es igual a 0.6495h y el radio de giro (r) del fondo es igual a 0.1082h

Rosca Whitworth en la que la profundidad (t1) de la rosca es igual a 0.64033h y el radio de giro (r) de su fondo y extremos es de 0.13733h Como se puede observar las principales diferencias entres los dos tipos de roscas son: Métrica. Los ángulos de los las espiras son de 60°, en tornillos se redondea el fondo de la rosca y las puntas son planas, en el caso de las tuercas mientras que en las Whitworth es de 55°. Otra gran diferencia es que mientras en las roscas métricas su parte externa de los filetes es chata a una altura t1=0,64595h y la interna redonda con r = 0.1082h, en las Whitworth tanto la punta exterior como la parte interna son redondas, con altura de t1 = 0.64033h y r = 0.13733h. En las roscas métricas el paso se indica por el avance en milímetros por cada vuelta, mientras en las Whitworth se da por número de hilos por pulgada. Mecanizado o tallado de roscas




Las roscas pueden fabricarse por medio de diferentes procesos de manufactura. El procedimiento seleccionado dependerá del número de piezas a fabricar, la exactitud y la calidad de la superficie de las hélices, el tallado más común de roscas es por medio de: a) machuelos o terrajas (manuales o de máquina) b) útiles de roscar en torno c) fresado d) laminado

a) Roscas con machuelo b) Roscas con terraja c) Roscas con útil de roscar d) Fresado de roscas e) Roscado por esmeril f) Laminado de roscas

Uso de machuelos o terrajas en torno para hacer una rosca Algunas veces se usan roscas fundidas o prensadas. Fabricación de roscas por medio de machuelos y terrajas Es el método más sencillo y económico, se utiliza para roscas triangulares. El tallado se logra por medio de una herramienta de acero de alta calidad, que si es para hacer una rosca exterior o macho (como la de un tornillo) se llama terraja y cuando se requiere hacer una rosca interior o hembra (como la de una tuerca) se utilizan unas herramientas llamadas machuelos.




Machuelos Terraja El tallado de una rosca con terraja está limitado por las dimensiones del perno a roscar, en las roscas Whitworth el diámetro máximo es de 1 1/4 " y en las métricas es de 30 mm. Cualquier rosca mayor a 16 mm o 5/8 de pulgada debe iniciarse con un roscado previo, para evitar que se rompan los filetes. En el caso de roscas interiores fabricadas con machuelos, es muy importante hacer el barreno previo a la rosca con el diámetro adecuado, para definirlo de acuerdo a la rosca que se va a fabricar, existen normas como la DIN 336, de la cual se presenta un extracto a continuación. Roscas métricas Rosca* M3 M3.5 M4 M5 M6 M8 M10 M11 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 Para acero 2.5 2.9 3.3 4.2 5 6.7 8.4 10 11.75 13.75 15.25 17.25 19.25 20.75 23.75

Para fundición gris y latón

2.4 2.8 3.2 4.1 4.8 6.5 8.2 9.9 11.5 13.5 15 17 19 20.5 23.5

*En las roscas métricas su diámetro en mm se indica después de la letra "M" Roscas Whitworth Rosca* 1/4" 5/16" 3/8" 1/2" 5/8" 3/4" 7/8" 1" 1 1/8" 1 1/4" 1 3/8" 1 1/2" 1 5/8" 1 3/4" 2"

Para acero 5.1 6.5 7.9 10.5 13.5 16.5 19.25 22 24.75 27.75 30.5 33.5 35.5 39 44.5Para fundición gris y latón

5 6.4 7.7 10.25 13.25 16.25 19 21.75 24.50 27.50 30 33 35 38.5 44

Todos los diámetros están dados en milímetros. Recomendaciones para elaborar roscas con machuelos y terrajas Uso de machuelos

1. deben estar bien afilados




2. se debe hacer girar en redondo al machuelo, evitando el cabeceo

3. cuándo se va a realizar una rosca grande, se debe iniciar con un machuelo menor y en otras pasadas con machuelos de mayor tamaño, se debe aproximar al tamaño adecuado.

4. debe haber lubricación abundante. 5. se debe hacer la penetración de una vuelta y el retroceso del

machuelo para que la viruta salga y no se tape la rosca. Uso de terrajas

1. el dado de la terraja debe estar limpio y bien lubricado. 2. se debe hacer girar a la terraja en redondo y sin cabeceo. 3. el perno a roscar deberá estar preparado con un chaflán en la

punta a 45° 4. la terraja debe colocarse de manera perpendicular al perno a

roscar. 5. se debe hacer girar la terraja una vuelta y regresarla para

desalojar la viruta. 6. debe haber lubricación abundante.

Fabricación de roscas por medio del torno Se puede utilizar un torno de plantilla con husillo de trabajo móvil, como el que se muestra en la figura.

Como se puede observar en el extremo izquierdo del husillo principal se coloca una plantilla con la rosca que se quiere fabricar (a), ésta se acopla a una tuerca (b) que sirve de guía al husillo principal del torno. Observe que el husillo es el que se desplaza o avanza de acuerdo a lo que requiere la plantilla, como lo demandaría un tornillo acoplándose a su tuerca, mientras que el útil de roscar está inmóvil.




En este tipo de tornos se pueden utilizar como útiles con varias puntas como los peines de roscar.

Peines de roscar para rosca exterior e interior Por lo regular las roscas en los tornos se realizan por medio de varias pasadas no se recomienda desbastar en reversa.

Para el tallado de roscas también se pueden utilizar tornos de tipo horizontal, para ello se debe usar el husillo de guía y la tuerca matriz de los tornos horizontales. Observe en el dibujo, como se acoplan el husillo de roscar y el husillo principal por medio de los engranes de velocidades y como funciona la tuerca que cierra las mordazas. Esto hace que el carro del torno se mueva de acuerdo al husillo de roscar.




a) Tuerca de fijación b) tuerca de fijación cerrada Para lograr la fabricación de una rosca con el paso requerido, es necesario que se guarde la relación de revoluciones adecuada entre el husillo guía o de roscar y las de la pieza. Por ejemplo si se requiere tallar una rosca con paso de 4 mm el carro deberá tener un avance de 4 mm por cada revolución, si el husillo de roscar en cada vuelta avanza 4 mm la relación será de uno a uno. Pero si el husillo de roscar avanza 8 mm en cada revolución, éste deberá sólo dar media vuelta, mientras el husillo principal debe dar una vuelta, por lo que puede decirse que se requiere una relación de dos a uno, pues por cada vuelta de 8 mm que dé el husillo de roscar, la pieza deberá haber dado una, avanzando 4 mm. El ajuste de las relaciones se logra por medio del cambio de las ruedas dentadas que transmiten el movimiento del husillo principal al husillo de roscar. Lo anterior se puede observar en el siguiente dibujo.

Gs = paso de la rosca a tallar Ls = paso del husillo de roscar




Z1 = número de dientes del engrane del husillo principal Z2 = número de dientes del engrane del husillo de roscar Z = rueda intermedia sin influencia en el cambio de revoluciones Ejemplo del cálculo del tallado de una rosca en un torno con engranes intercambiables. Se requiere una rosca con paso (Gs) de 2 mm y se tiene un torno con un husillo de roscar ( Ls) de 6 mm. ¿qué engranes Z1 y Z2 debemos utilizar, para fabricar esta rosca? Lo primero que se debe hacer es establecer la relación que se requiere entre los dos pasos si el paso de la pieza debe ser 2 y el del husillo de roscar es 6 se tendrá que la relación es 2/6 = 1/3. Por lo que cualquier par de engranes que den esta relación servirán, así se pueden tener un engrane Z1 de 20 dientes y un Z2 con 60 dientes, como la relación de 20/60 es igual a 1/3 funcionará bien, como también lo hará con una relación de un Z1= 15 y un Z2=45. Si se requiere una relación muy pequeña se pueden poner más engranes entre el husillo principal y el husillo de roscar. Por ejemplo si se necesita hacer una rosca con paso de 1 mm y se tiene un husillo de roscar con paso de 12 mm, se tiene que la relación es de 1/12, como las ruedas dentadas con estas relaciones son difíciles de obtener, pues con una Z1de 10 dientes (la que es muy pequeña) se requerirá una Z2 de 120 dientes, la que es muy grande, por lo que se buscan dos quebrados que multiplicados nos den la relación de 1/12, por ejemplo 1/4 por 1/3, lo que nos indica que podemos utilizar una doble reducción en nuestro torno, en la que se pueden usar las siguientes relaciones 20/80 y 20/60. Por lo que se pueden usar los siguientes engranes: Uno engrane motriz Z1 de 20 dientes, acoplado a uno de 80, a ese de 80 dientes se junta con uno de 20, con lo que ahora funcionará como motriz con esos 20 dientes, los que transmitirán su movimiento a uno de 60 dientes, el que es engrane Z4 que transmite el movimiento al husillo de roscar. Lo anterior se observa en el siguiente dibujo.




Existen juegos de engranes intercambiables en los tornos horizontales, por ejemplo es común encontrar juegos con los siguientes engranes: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 125, 127. Los husillos de roscar normalizados tienen los siguientes pasos: 4, 6, 12, 15, 24 en milímetros y 1/4 y 1/2 pulgadas. El hacer el cambio de las ruedas dentadas en los tornos es muy tardado y molesto, por lo que ya existen transmisiones que permiten las relaciones adecuadas, sin necesidad de los cambios físicos. En la mayoría de los tornos se instalan tablas con las que se obtienen las relaciones de las ruedas dentadas con las que cuentan las transmisiones. Para mayor información sobre este tema consultar:

• Alrededor de las Máquinas-Herramientas, de Heinrich Gerling, editorial Reverté. Páginas 185 a 209.

• Principios de Ingeniería de Manufactura, de Stewart C. Black, Vic Chiles et al. de la Compañía Editorial Mexicana. Páginas 434 a 451.

• Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental. Páginas 749 a 765.

• Ingeniería de Manufactura, de U. Scharer, J. A. Rico, J. Cruz, et al. Companía Editorial Continental. Páginas 278 a 280.

• Materiales y procesos de manufactura para ingenieros. Lawrence E. Doyle et al.. Prentice Hall. Páginas 884 a 904.

Se recomienda recurrir al taller ULSA y solicitar la realización de una práctica de tallado de roscas con machuelo, terrajas y torno.




Tema III Naturaleza y propiedades de los materiales

• Clasificación de los materiales • Estructura de los metales • Solidificación y aleación de los metales, diagrama HHC • Hierros y aceros • Propiedades de los metales

Clasificación de los materiales

La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente:

a. Metálicos

• Ferrosos • No ferrosos

b. No metálicos

• Orgánicos • Inorgánicos

Metales Ferrosos

Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el hierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio.

Los principales productos representantes de los materiales metálicos son:

• Fundición de hierro gris • Hierro maleable • Aceros • Fundición de hierro blanco

Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus principales problemas es la corrosión.

Metales no Ferrosos




Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años.

Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son:

• Aluminio • Cobre • Magnesio • Níquel • Plomo • Titanio • Zinc

Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).

Materiales no Metálicos

a. Materiales de origen orgánico b. Materiales de origen inorgánico

Materiales orgánicos

Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son:

• Plásticos • Productos del petróleo • Madera • Papel • Hule • Piel

Materiales de origen inorgánico




Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:

• Los minerales • El cemento • La cerámica • El vidrio • El grafito (carbón mineral)

Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr las características requeridas en tareas específicas. Estos procesos han requerido del desarrollo de técnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento necesario para cumplir con requerimientos prácticos. También estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto que esto puede significar varias veces el costo original del material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de los materiales y los artículos que integraran.

Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los materiales originales en materiales útiles para el hombre requieren de estudios especiales para lograr su mejor aplicación, desarrollo y disminución de costo. En la ingeniería la transformación de los materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en casi todos los casos de ello dependerá el éxito o fracaso del uso de un material.

Estructura de los metales

Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el que se encuentra. Cuando un material se encuentra en forma de gas, sus átomos están más dispersos o desordenados (a una mayor distancia uno de otro) en comparación con los átomos de ese mismo material pero en estado líquido o sólido. Existen materiales en los que sus átomos siempre están en desorden o desalineados aún en su estado sólido, a estos materiales se les llama materiales amorfos, un ejemplo es el vidrio, al que se considera como un líquido solidificado.

En el caso de los metales, cuando estos están en su estado sólido, sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallas pueden ser identificadas fácilmente por sus propiedades químicas,




físicas o por medio de los rayos X. Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar su temperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrópico.

Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, no obstante que se trata del mismo material, así por ejemplo en el caso del hierro aleado con el carbono, se pueden encontrar tres diferentes tipos de mallas: la malla cúbica de cuerpo centrado, la malla cúbica de cara centrada y la malla hexagonal compacta. Cada una de estas estructuras atómicas tiene diferentes números de átomos, como se puede ver en las siguientes figuras.

Malla cúbica de cuerpo centrado Malla cúbica de cara

centrada Malla hexagonal compacta

La malla cúbica de cuerpo de cuerpo centrado. Es la estructura que tiene el hierro a temperatura ambiente, se conoce como hierro alfa. Tiene átomos en cada uno de los vértices del cubo que integra a su estructura y un átomo en el centro. También se encuentran con esta estructura el cromo, el molibdeno y el tungsteno.

La malla cúbica de cara centrada aparece en el hierro cuando su temperatura se eleva a aproximadamente a 910ºC, se conoce como hierro gamma. Tiene átomos en los vértices y en cada una de sus caras, su cambio es notado además de por los rayos X por la modificación de sus propiedades eléctricas, por la absorción de calor y por las distancias intermoleculares. A temperatura elevada el aluminio, la plata, el cobre, el oro, el níquel, el plomo y el platino son algunos de los metales que tienen esta estructura de malla.

La malla hexagonal compacta se encuentra en metales como el berilio, cadmio, magnesio, y titanio. Es una estructura que no permite la maleabilidad y la ductilidad, es frágil.

Modificar a una malla de un metal permite la participación de más átomos en una sola molécula, estos átomos pueden ser de un material aleado como el




carbón en el caso del hierro, lo que implica que se puede diluir más carbón en un átomo de hierro. Si se tiene en cuenta que el carbón es el que, en ciertas proporciones, da la dureza al hierro, entonces lo que se hace al cambiar la estructura del hierro es permitir que se diluya más carbón, con lo que se modifican sus propiedades.

Otra de las características de los metales que influye notablemente en sus propiedades es el tamaño de grano, el cual depende de la velocidad de enfriamiento en la solidificación del metal, la extensión y la naturaleza del calentamiento que sufrió el metal al ser calentado.

Grano de las estructuras metálicas

Cuando un metal en su estado líquido se enfría sus cristales se van solidificando formando estructuras dendríticas, las que crecen uniformes hasta que se encuentran con otra estructura que también ha estado creciendo, en ese lugar de encuentro de las dos estructuras se forman los límites de los granos de los materiales. Entre más lento el enfriamiento de un material, mayor uniformidad en el crecimiento de los granos, o sea estos serán de menor tamaño.

Un material con granos pequeños será más duro que un con granos grandes, debido a que los granos grandes tienden a fracturarse y deslizarse uno sobre el otro, lo que no sucede con los granos pequeños.

La mejor forma de determinar el tamaño de grano de un material es por medio de microscopio metalúrgico, el que actúa por medio de un rayo de luz que se lanza sobre una superficie pulida al espejo y limpiada con una mezcla de 3% de ácido nítrico y 97% de alcohol, para eliminar lo que se conoce como metal untado.

Microscopio para la medición de grano en un metal




Solidificación y aleación de los metales, diagrama HHC

Los metales al ser calentados pueden modificar su estado físico pasando por varias etapas, las que van desde la alteración de algunas de sus propiedades hasta en cambio de su estado sólido al líquido. El qué tan rápido o con qué tanta energía se logra un cambio de estado en un metal dependerá de los materiales que lo integran. Se debe recordar que casi nunca se utilizan metales puros. A la combinación química de dos o más metales se le llama aleación y las propiedades de las aleaciones dependen también de los metales que la integran.

Algunas de las aleaciones más utilizadas en los procesos de manufactura son:

• Latón rojo o amarillo (cobre zinc) • Bronce (cobre, estaño, zinc, plomo) • Aluminio, cobre, magnesio, silicio y zinc • Hierro, carbón, cobalto, tungsteno, vanadio, etc. • Cobre, oro, plata

Existen tablas y normas internacionales que especifican la nomenclatura y los componentes específicos de cada una de las diferentes aleaciones. Las aleaciones antes señaladas son sólo algunas de las más, existen cientos más de ellas.

Una de las herramientas que nos permiten conocer de manera sencilla y rápida algunas de las características de las aleaciones son los diagramas de las aleaciones. Uno de los diagramas de aleaciones más conocido y utilizado del Hierro y el carbono. También conocido como diagrama hierro, hierro, carbono (HHC). Con este diagrama se pueden obtener las temperaturas de cambio de sus estructuras cristalinas; también se pueden conocer las temperaturas a las que se da el cambio de fase de un hierro. En función a la cantidad de carbón que contiene el metal se puede estimar la temperatura a la que se derretirá y a la que se volverá pastoso.




En el eje horizontal del diagrama de Hierro, hierro, carbono se ubica el porcentaje de carbono que puede estar diluido en el hierro y en el eje vertical se señalan las temperaturas a las que van sucediendo los cambios señalados en el cuerpo de la gráfica.

Al conocer la cantidad de carbono que tiene un hierro se pueden estimar la temperatura a la que se debe elevar para que se den los diferentes cambios de estructura o de estado. Por ejemplo si se tiene un hierro con 0.4% de carbón, se deberá elevar su temperatura hasta los 723°C para que el hierro alfa y la perlita empiecen a convertirse en austenita y ferrita. Aproximadamente a los 800°C ese mismo hierro cambiará su estructura a hierro gamma, en donde su componente principal es la austenita, a los 1480°C empieza a fundirse y arriba de los 1520°C se ha fundido todo.

A los hierros que están debajo de 0.8% de carbón se les llama hipoeutectoides y a aquellos que tienen más de 0.8% de carbón se llaman hipereutectoides. El punto eutéctico es aquel en el que se logra la máxima dilución de carbón posible en un hierro a la menor temperatura. En caso de los hierros con carbón el punto eutéctico se da con 0.8% de carbón y a 723°C.

Cada vez que se rebasa una zona en la gráfica de HHC, se está cambiando de estructura en el hierro que se está tratando.




Hierros y aceros

De acuerdo al diagrama de hierro, hierro, carbono el hierro puede aceptar determinadas cantidades de carbón diluidas, estas cantidades nunca son superiores al 4%. En los casos en los que se rebasa el 4% de carbón el hierro es de muy baja calidad.

Los hierros más utilizados en los procesos de manufactura son los siguientes:

Hierro dulce C < 0.01

Aceros C entre 0.1 y 0.2 %

Hierro fundido C > 2.0% pero < 4.0%

Algunos ejemplos de los materiales producidos con los diferentes hierros:

• Hierro "puro". Por lo regular es utilizado para la generación de aleaciones especiales.

• Hierro forjado. Lámina negra o material para la formación de objetos por medio de laminado o forja.

• Acero. Materiales con requerimientos especiales de resistencia a la tracción, fricción y tenacidad.

• Hierro fundido. Artículos sin gran calidad pero con gran dureza y muy frágiles.

Propiedades de los metales

Las principales propiedades de los materiales incluyen densidad, presión de vapor, expansión térmica, conductividad térmica, propiedades eléctricas y magnéticas, así como las propiedades de ingeniería.

En los procesos de manufactura son de gran importancia las propiedades de ingeniería, de las que destacan las siguientes:

• Resistencia a la tensión • Resistencia a la compresión • Resistencia a la torsión • Ductilidad • Prueba al impacto o de durabilidad • Dureza




Cada una de las propiedades antes señaladas requiere de un análisis específico y detallado, lo que se da en asignaturas como las de ciencia de materiales y resistencia de materiales. A continuación sólo se presentan algunas de sus principales características.

Resistencia a la tensión

Se determina por el estirado de los dos extremos de una probeta con dimensiones perfectamente determinadas y con marcas previamente hechas.

Al aplicar fuerza en los dos extremos se mide la deformación relacionándola con la fuerza aplicada hasta que la probeta rebasa su límite de deformación elástica y se deforma permanentemente o se rompe.

Los resultados de las pruebas de resistencia a la tensión se plasman en series de curvas que describen el comportamiento de los materiales al ser estirados.

Varias de las características de ingeniería se proporcionan con relación a la resistencia a la tensión. Así en algunas ocasiones se tienen referencias como las siguientes:

• La resistencia al corte de un material es generalmente el 50% del esfuerzo a la tensión.

• La resistencia a la torsión es alrededor del 75% de la resistencia a la tensión.

• La resistencia a la compresión de materiales relativamente frágiles es de tres o cuatro veces la resistencia a la tensión.

En los siguientes diagramas se muestran algunos de los procedimientos comunes para aplicar las pruebas de resistencia al corte, la compresión, la fatiga o durabilidad, el impacto, la torsión y de dureza.




Referencia "Procesos básicos de manufactura", Begeman

Dureza

Por lo regular se obtiene por medio del método denominado resistencia a la penetración, la cual consiste en medir la marca producida por un penetrador con características perfectamente definidas y una carga también definida; entre más profunda es la marca generada por el penetrador de menor dureza es el material.

Existen varias escalas de dureza, estas dependen del tipo de penetradores que se utilizan y las normas que se apliquen. Las principales pruebas de dureza son Rockwell, Brinell y Vickers.

Las dos primeras utilizan penetradores con cargas para generar marcas en los metales a probar, posteriormente se mide la profundidad de las marcas. En algunas publicaciones se considera a la prueba Rockwell como la prueba del sistema inglés y a la Brinell como la del sistema métrico. (Observe las tablas de relación de durezas)

La dureza Vickers se logra por medio de una prueba denominada el método Escleroscópico Shore en el que consiste en dejar caer un martinete de diamante de 2,3 g, sobre el material a probar y medir la altura del rebote. A mayor rebote mayor será su dureza.




Tema IV Producción de metales ferrosos

• Producción del hierro y el acero • El alto horno • Reducción directa del mineral de hierro • Diferentes procesos de producción de hierro y acero • Proceso de pudelado • Hornos Bessemer • Horno básico de oxígeno (BOF) • Horno de hogar abierto • Horno de arco eléctrico • Horno de refinación • Horno de inducción • Horno de aire o crisol • Horno de cubilote • Clasificación de los aceros • Lingotes y colada continua • Algunos elementos químicos en la fundición del hierro

Producción del hierro y el acero

El diagrama general de la fusión primaria del hierro integra a la mayoría de las actividades que se desarrollan en el proceso productivo. No se debe olvidar que los diagramas de flujo son una de las herramientas más utilizadas por los ingenieros industriales y que de manera automática los deben utilizar o elaborar.




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 a.C.

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

Hematita (mena roja) 70% de hierro

Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro

Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro

Limonita (mena café) 60-65% de hierro

La mena café es la mejor para la producción de hierro, existen grandes yacimientos de este mineral en Estados Unidos y en Suecia. En todo el mundo se pueden encontrar grandes cantidades de pirita, pero no es utilizable por su gran contenido de azufre.

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

1. Mineral de hierro 2. Coque 3. Piedra caliza 4. Aire

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales.

El alto horno

En general los altos hornos tienen un diámetro mayor a 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 m. Están revestidos de refractario de alta calidad.

Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 h. La caliza, el coque y el mineral de hierro se introducen por la parte




superior del horno por medio de vagones que son volteados en una tolva. Para producir 1000 toneladas de arrabio, se necesitan 2000 toneladas de mineral de hierro, 800 toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y 4000 toneladas de aire caliente.

Con la inyección de aire caliente a 550°C, se reduce el consumo de coque en un 70%. Los sangrados del horno se hacen cada 5 o 6 horas, y por cada tonelada de hierro se produce 1/2 de escoria.

Alto horno

Reducción directa del mineral de hierro

Para la producción del hierro también se puede utilizar el método de reducción directa, el que emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados. El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos pelets de mineral de hierro




los que pueden ser utilizados directamente para la producción de hierro con características controladas.

Diagrama de producción de hierro esponja

En el método de reducción directa para procesar 1000 toneladas de mineral de hierro, se requieren 491,000 metros cúbicos de metano y con ello se obtienen 630 toneladas de hierro esponja.

Diferentes procesos de producción de hierro y acero

Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para que se transforme en material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial. A continuación se presentan los principales procesos de fabricación de los hierros y aceros comerciales.




Proceso de pudelado

El hierro dulce es un metal que contienen menos del 0.01% de carbono y no más de 0.003% de escoria. Para su obtención se requiere del proceso conocido como pudelado, el que consiste en fundir arrabio y chatarra en un horno de reverbero de 230 kg, este horno es calentado con carbón, aceite o gas. Se eleva la temperatura lo suficiente para eliminar por oxidación el carbón, el silicio, y el azufre. Para eliminar todos los elementos diferentes al hierro, el horno de pudelado debe estar recubierto con refractario de la línea básica (ladrillos refractarios con magnesita y aluminio). El material se retira del horno en grandes bolas en estado pastoso y el material producido se utiliza para la fabricación de aleaciones especiales de metales. Existen otros procedimientos modernos como el llamado proceso Aston, en donde en lugar del horno de reverbero se usa un convertidor Bessemer con lo que se obtienen mayor cantidad de material.

Hornos bessemer

Es un horno en forma de pera que está forrado con refractario de línea ácida o básica. El convertidor se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF, el que a continuación se describe.

Horno básico de oxígeno (BOF)

Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire, con lo que surgió el convertidor Bessemer, el que ya fue descrito.

Horno básico de oxígeno




Horno de hogar abierto

Es uno de los hornos más populares en los procesos de producción del acero. Un horno de este tipo puede contener entre 10 y 540 toneladas de metal en su interior. Tiene un fondo poco profundo y la flama da directamente sobre la carga, por lo que es considerado como un horno de reverbero. Su combustible puede ser gas, brea o petróleo, por lo regular estos hornos tienen chimeneas laterales las que además de expulsar los gases sirven para calentar al aire y al combustible, por lo que se consideran como hornos regenerativos.

Los recubrimientos de los hornos de hogar abierto por lo regular son de línea básica sin embargo existen también los de línea ácida ((ladrillos con sílice y paredes de arcilla). Las ventajas de una línea básica de refractario, sobre una ácida son que con la primera se pueden controlar o eliminar el fósforo, el azufre, el silicio, el magnesio y el carbono y con la línea ácida sólo se puede controlar al carbono. El costo de la línea básica es mayor que el de la ácida.




Los hornos de hogar abierto son cargados con arrabio en su totalidad o con la combinación de arrabio y chatarra de acero. El arrabio puede estar fundido o en estado sólido. La primera carga del horno tarda 10 h en ser fundida y estar lista para la colada, pero si se agrega oxígeno se logra tener resultados en menos de 7 h, además de que se ahorra el 25% de combustible.

Horno de arco eléctrico

Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos de la línea básica.

Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 Kwh. de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza.

Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A.

Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una grúa viajera.

Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.




Horno de arco eléctrico

Horno de refinación

Estos hornos pueden ser de varios tipos, en realidad puede ser cualquier horno al que por medio de aire u oxígeno se obtenga hierro con carbón controlado, sin embargo se pueden mencionar dos de los hornos más conocidos para este fin.

Horno de inducción

Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol en el cual se funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema de moto generador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas. El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min., fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales.

Horno de aire o crisol

Es el proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión.




Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.

Hornos de crisol para metales no ferrosos

Horno de cubilote

Son equipos muy económicos y de poco mantenimiento, se utilizan para hacer fundición de hierros colados. Consisten en un tubo de más de 4 metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a 1.4 m de diámetro, se cargan por la parte superior con camas de chatarra de hierro, coque y piedra caliza. Para la




combustión del coque se inyecta aire con unos ventiladores de alta presión, este accede al interior por unas toberas ubicadas en la parte inferior del horno. También estos hornos se pueden cargar con pelets de mineral de hierro o pedacería de arrabio sólido.

Por cada kilogramo de coque que se consume en el horno, se procesan de 8 a 10 kilogramos de hierro y por cada tonelada de hierro fundido se requieren 40kg de piedra caliza y 5.78 metros cúbicos de aire a 100 kPa a 15.5°C.

Los hornos de cubilote pueden producir colados de hasta 20 toneladas cada tres horas. Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno, sólo sus dimensiones disminuyen notablemente. El mayor problema de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones contaminantes es más costoso que el propio horno, por ello no se controlan sus emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su operación.

Clasificación de los aceros

Con el fin de estandarizar la composición de los diferentes tipos de aceros que hay en el mercado la Society of Automotive Engineers (SAE) y el American Iron and Steel Institute (AISI) han establecido métodos para identificar los diferentes tipos de acero que se fabrican. Ambos sistemas son similares para la clasificación.

En ambos sistemas se utilizan cuatro o cinco dígitos para designar al tipo de acero. En el sistema AISI también se indica el proceso de producción con una letra antes del número.

Primer dígito. Es un número con el que se indica el elemento predominante de aleación. 1= carbón, 2= níquel, 3=níquel cromo, 4=molibdeno, 5=cromo, 6=cromo vanadio, 8=triple aleación, 9 silicio magnesio.

El segundo dígito. Es un número que indica el porcentaje aproximado en peso del elemento de aleación, señalado en el primer dígito. Por ejemplo un acero 2540, indica que tiene aleación de níquel y que esta es del 5%.

Los dígitos 3 y 4. Indican el contenido promedio de carbono en centésimas, así en el ejemplo anterior se tendría que un acero 2540 es un acero con 5% de níquel y .4% de carbón.

Cuando en las clasificaciones se tiene una letra al principio esta indica el proceso que se utilizó para elaborar el acero, siendo los prefijo los siguientes:

A = Acero básico de hogar abierto

B = Acero ácido de Bessemer al carbono




C= Acero básico de convertidos de oxígeno

D = Acero ácido al carbono de hogar abierto

E = Acero de horno eléctrico

A10XXX

A= Proceso de fabricación

10 = Tipo de acero

X = % de la aleación del tipo de acero

X X= % de contenido de carbono en centésimas.

Lingotes y colada continua

Para fabricar los diferentes objetos útiles en la industria metal metálica, es necesario que el hierro se presente en barras, láminas, alambres, placas, tubos o perfiles estructurales, los que se obtienen de los procesos de rolado. El proceso de rolado consiste en pasar a un material por unos rodillos con una forma determinada, para que al aplicar presión el material metálico adquiera la forma que se necesita. El material metálico que se alimenta a los rodillos debe tener una forma determinada, esta forma se obtiene al colar en moldes el metal fundido que será procesado, a estos productos se les llama lingotes o lupias y pueden ser secciones rectangulares, cuadradas o redondas. Los lingotes (cilindros con un extremo menor que el otro) o lupias (lingotes de gran tamaño con secciones rectangulares) pueden tener desde 25 Kg. hasta varias toneladas, todo dependerá de para qué se van a utilizar y para con qué tipo de rodillos se van a procesar.

Colada continua

Cuando se requiere un material de sección constante y en grandes cantidades se puede utilizar el método de la colada continua, el cuan consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con una válvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el que está enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido por le molde frío se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena. Por este medio se pueden fabricar perfiles, varillas y barras de diferentes secciones y láminas o placas




de varios calibres y longitudes. La colada continua es un proceso muy eficaz y efectivo para la fabricación de varios tipos de materiales de uso comercial.

Colada continua

Ilustración de colada continua del libro Operación de Máquinas Herramientas de Krar.

Algunos elementos químicos en la fundición del hierro

Existen muchos elementos químicos que dan las características de ingeniería a las aleaciones ferrosas, sin embargo hay algunos que se destacan por sus efectos muy definidos, a continuación se presentan algunos de estos elementos.

Carbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sin embargo se puede decir que es el elemento que da la dureza al hierro y por medio de sus diferentes formas en las que se presenta, se pueden definir varias propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad. Con base a la cantidad de carbono en el hierro las aleaciones se pueden definir o clasificar como se observó en los temas anteriores.

Silicio. Este elemento hasta un 3.25% es un ablandador del hierro y es el elemento predominante en la determinación de las cantidades de carbono en las aleaciones de hierro. El silicio arriba de 3.25% actúa como endurecedor. Las fundiciones con bajo contenido de silicio responden mejor a los tratamientos térmicos.

Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega a la fundición arriba del 0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro. Como la mezcla producto del azufre y el manganeso tiene baja densidad flota y se elimina en forma de escoria. También aumenta la fluidez, resistencia y dureza del hierro.




Azufre. No sirve de nada en el hierro, debe ser eliminado y controlado.

Fósforo. Es un elemento que aumenta la fluidez del metal fundido y reduce la temperatura de fusión.





Tema V Producción de metales no ferrosos

• Producción del aluminio • Producción del magnesio • Producción del cobre • Producción del plomo • Algunas aleaciones • Más información sobre: aluminio, latón, magnesio, estaño y zinc

De todos los metales utilizados para la industria el 20% son no ferrosos, estos en diferentes aleaciones cubren los requerimientos de ingeniería y las propiedades químicas necesarias para fabricar artículos útiles para la industria y la sociedad. Las características fundamentales de las aleaciones no ferrosas son la resistencia a la tensión, corrosión, conductividad eléctrica y maquinabilidad.

La selección de una aleación determinada dependerá de los resultados de diferentes pruebas mecánicas, el volumen de producción, el costo de producción y las propiedades estéticas del producto.

A continuación se muestran algunas de las propiedades de los metales. En la tabla se aprecian algunas de las principales diferencias entre metales ferrosos y los que no lo son.

Metal Resistencia a la tensión

Temperatura de fusión mPa

Dureza Brinell °C

Densidad en kg/m3

Aluminio 83-310 660 30-100 2,643 Latón 120-180 870 40-80 8,570 Bronce 130-200 1040 70-130 8,314 Cobre 345-689 1080 50-100 8,906 Hierro 276-345 1360 100-145 7,689 Fundición gris 110-207 1370 100-150 7,209

Acero 276-2070 1425 110-500 7,769 Plomo 18-23 325 3.2-4.5 11,309 Magnesio 83-345 650 30-60 1,746 Níquel 414-1103 1450 90-250 8,730




Zinc 48-90 785 80-100 7,144 Estaño 19-25 390 5-12 7,208 Titanio 552-1034 1800 158-266 4,517

La mayoría de los metales no ferrosos son más resistentes a la corrosión o a la humedad, pueden utilizarse en exteriores sin pinturas o recubrimientos. Sin embargo se debe tener especial cuidado con el manejo de los metales no ferrosos ya que cada uno responde de manera particular a los efectos de la naturaleza; por ejemplo el magnesio resiste muy bien la atmósfera ordinaria, pero se corroe rápidamente con el agua de mar.

Para la producción de los metales no ferrosos se establecen como base los siguientes procesos.

1. Extracción 2. Refinado o concentrado 3. Fusión 4. Afinado

Cada uno de estos procesos se da de diferentes maneras en la producción de los metales no ferrosos, incluso en la producción algunos no se dan todos.

Extracción. Los metales no ferrosos provienen de minerales que se pueden encontrar en la superficie de la tierra o bien en yacimientos bajo la superficie. En ambos casos se deben seguir técnicas de explotación eficiente y rentable.

Refinado o concentrado, también conocido como preparación. Los minerales de los que se obtienen los metales no ferrosos nunca se encuentran en estado puro y en cantidades comerciales, por lo que se deben separar y preparar. Entre los procesos de preparación más utilizados está el pulverizar al mineral y luego mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicar una acción violenta se forme espuma en la que los elementos metálicos quedan suspendidos. Posteriormente se retira la espuma y con ella los minerales necesarios para la producción de los metales no ferrosos.

Fusión. Los hornos más utilizados para la fusión de los minerales de metales no ferrosos son los altos hornos (de menor tamaño que los de arrabio) y los hornos de reverbero (aquellos en los que la flama ilumina a la carga). Aunque no todos los metales no ferrosos necesitan ser fundidos primero para ser procesados.

En los hornos para la producción de los metales no ferrosos siempre existen equipos para el control de las emisiones de polvo. Más que una medida de control de la contaminación ambiental es una necesidad, ya que los polvos son




valiosos porque tienen el mineral que se está procesando o porque de esos polvos se pueden obtener otros materiales con un valor representativo o rentable.

Afinado. Para lograr las características de calidad y pureza necesarias en los metales no ferrosos se pueden utilizar diferentes procesos como las tinas electrolíticas con las que el mineral adquiere niveles de calidad muy altos.

Producción del aluminio

El mineral del cual se puede obtener aluminio comercial se llama BAUXITA, la cual regularmente puede ser encontrada en minas de depósito abierto, para lograr uniformidad en el material se tritura y con agua a presión se lava para eliminar otros materiales y sustancias orgánicas. Posteriormente el material se refina para obtener a la alúmina, lo que ya es un material comercial de aluminio con el que se pueden obtener lingotes por medio del proceso de fundición.

También existe el proceso de producción de aluminio llamado BAYER, el cual consiste en:

1. La bauxita después de haber sido pulverizada y obtenida de los procesos de espumado se carga a un digestor el que contienen una solución de sosa cáustica bajo presión y a alta temperatura.

2. Producto del digestor se forma aluminato de sodio que es soluble en el licor generado.

3. Los sólidos insolubles como hierro, silicio, titanio y otras impurezas son filtrados y el licor con la alúmina se bombea a depósitos llamados precipitadores.




4. En los precipitadores se agregan uno cristales finos de hidróxido de aluminio, estos cristales se hacen circular por entre el licor concentrado para que sirvan de simientes, van creciendo en dimensiones a medida que el hidróxido de aluminio se separa del licor.

5. El hidróxido de aluminio que se adhirió a los cristales se calcina en hornos que operan por arriba de los 900ºC. Esto convierte a la alúmina en un producto de alta calidad para la fusión y obtención de aluminio de buena calidad.

6. La alúmina producto de los hornos de calcinado es procesada en tinas electrolíticas llamadas celdas reductoras. Estas tinas funcionan con un baño de ciolita (fluoruro de aluminio sódico), el ánodo es un electrodo de carbón y el cátodo es la misma tina. En estas tinas se obtiene el aluminio metálico.

7. El aluminio obtenido de las celdas reductoras es moldeado y procesado en hornos de concentración para la obtención de aluminio de alta calidad.

Para la producción de cada kilogramo de aluminio se requiere 2 Kg. de alúmina, los que son producto de 4 Kg. de bauxita y 8 Kwh. de electricidad.

Producción del Magnesio

El magnesio comercial se obtiene del agua de mar y conchas.

1. Las conchas son pasadas por un horno rotatorio a 1320ºC, para producir cal.




2. La cal es mezclada con agua de mar, la que tiene 1300 ppm de magnesio, lo que genera una reacción que produce hidrato de magnesio, el que se deposita en el fondo de un tanque de sedimentación.

3. El hidrato de magnesio se extrae del tanque como una pasta a la que se le agrega ácido clorhídrico, con lo que se logra obtener cloruro de magnesio.

4. La mezcla es filtrada consecutivamente para aumentar su concentración.

5. Se realiza un secado especial hasta que el cloruro de magnesio logra obtener una concentración superior al 68%.

6. El cloruro de magnesio en forma granular se transfiere a una celda electrolítica en la el ánodo es de grafito y el cátodo es la propia tina. En la celda se hace circular corriente eléctrica a 60,000A con lo que se logra la descomposición del cloro y el magnesio.

7. El cloro con agua se convierte en ácido clorhídrico, el cual sirve para convertir al hidrato de magnesio en cloruro de magnesio en el inicio del proceso.

8. El magnesio que flota en la tina electrolítica es recogido y moldeado en lingotes de 8kg, los que posteriormente son fundidos y utilizados para las aleaciones de magnesio.

Producción del cobre

El cobre se obtiene fundamentalmente de un mineral llamado CALCOPIRITA el que contiene grandes cantidades de cobre, azufre y hierro.




1. La calcopirita es mezclada con cal y materiales silicos, los que son pulverizados por medio de molinos de quijadas y transferidos a unas tinas estratificadoras.

2. En las tinas estratificadoras el mineral es extraído al flotar con la espuma producto de la agitación. La espuma se forma al mezclar agua con aceite y agitarlos enérgicamente.

3. El mineral extraído se pasa por un horno de tostado para eliminar el azufre. Los polvos de los gases producto del horno de tostado son capturados y procesados para obtener plata, antimonio y sulfuros.

4. Los concentrados del horno de tostado son derretidos en un horno de reverbero, en este horno se elimina el hierro en forma de escoria.

5. El material derretido del horno de reverbero, que se conoce como ganga, es introducido a un horno parecido al convertidos Bessemer, del cual sus gases son utilizados para obtener ácido sulfúrico y el producto de su vaciado es cobre conocido como cobre Blister, el que tiene 98% de pureza y que puede ser refinado todavía más por métodos electrolíticos.

Producción del plomo

El concentrado de plomo o GALENA contiene 65 a 68 % de plomo.

1. La galena es pasada por un horno de tostado para eliminar en lo posible la gran cantidad de azufre que contiene este material. Los gases del




horno son procesados para obtener ácido sulfúrico y el material desufurizado pasa a un mezclador.

2. El concentrado producto del horno de tostado es mezclado con caliza, arena, escoria y mena de hierro, la que es pasada a un horno de sinterizado.

3. El material aglomerado por el horno de sinterizado se pasa a un alto horno del cual se obtiene cadmio al procesar sus gases y su producto es transferido a un tanque espumador.

4. En el tanque la espuma es recogida y enviada a una marmita a la que se le agrega azufre y con ello se obtiene cobre.

5. El sedimento del tanque espumador pasa a un horno de oxidación, también conocido como horno ablandador. La escoria de este horno contiene antimonio y arsénico. El plomo derretido se pasa a una marmita de vacío.

6. En la marmita de vacío se agrega zinc con el que el oro y la plata se disuelven, las aleaciones de oro y plata en la marmita flotan y se desnatan para ser pasadas a un horno de retorta del cual se recupera el zinc por medio de un condensador y el oro y la plata por medio de un baño electrolítico.

7. El plomo derretido pasa a la cámara de vacío luego derramado en una marmita a la que se agrega sosa cáustica de la cual se obtiene el plomo de gran calidad.

Algunas aleaciones

Una aleación es la combinación química de dos o más elementos en los que al menos uno es un metal. Las aleaciones permiten mejorar las propiedades químicas y mecánicas de los materiales que se combinan. Existen gran variedad de aleaciones debidamente normalizadas, sin embargo unas de las más conocidas y utilizadas son las del cobre. A continuación se presentan algunas de las aleaciones de cobre más conocidas con sus componentes.

Nombre Cu Sn Zn Pb Ni Si Mn Al Fe Uso Latón rojo 90 10 Trabajos duros Latón amarillo 70 30 Cartuchos Latón rojo con plomo 85 5 5 5 Maquinaria Latón amarillo con plomo

72 1 24 3 Bombas

Bronce con estaño 88 8 4 Cojinetes de embarcaciones Bronce para campanas 80 20 Campanas Bronce para cojinetes 83 7 3 7 Cojinetes de máquinas




Bronce con silicio 95 4 1 Maquinaria de fundición Bronce al manganeso 62 1.5 31 1 4 1.5 1.5 1.5 Alta resistencia Bronce al aluminio 78 5 3 10 4 Resistencia a la corrosión Plata níquel 65 4 6 5 20 Lavanderías y lecherías

Aluminio

• El aluminio • Historia del aluminio • Sistema de producción • Aplicaciones del aluminio • Producción anual del aluminio • Precio del aluminio • Conclusión • Bibliografía

El aluminio

El aluminio es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.

El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicón, cromo, tungsteno, manganeso, níquel, zinc, cobre, magnesio, titanio, circonio, hierro, litio, estaño y boro, se producen una serie de aleaciones con propiedades específicas que se pueden aplicar para propósitos diferentes.

El aluminio puede ser fuerte, ligero, dúctil y maleable. Es un excelente conductor del calor y de la electricidad; el valor de su densidad es de 2.7 y las temperaturas de fusión y ebullición son de 660º C y 2.467º C, respectivamente. No se altera en contacto con el aire ni se descompone en presencia de agua, debido a que su superficie queda recubierta por una fina capa de óxido que lo protege del medio. Sin embargo, su reactividad con otros elementos es elevada: al entrar en contacto con oxígeno produce una reacción




de combustión que origina una gran cantidad de calor, y al combinarse con halógenos y azufre da lugar a la formación de haluros y sulfuros.

Constantes Físicas y Químicas del Aluminio:

» Peso atómico 26.9

» Punto de fusión 660ºC

» Punto de ebullición 2.467ºC

» Gravedad específica 2.7 g/ml

» Estructura cristalina red cúbica centrada en las caras

» Radio atómico 1.43 Å

» Valencia 3

» Configuración electrónica 1s²2s² 2p^63s²3p^1

Pero una de las mayores ventajas del aluminio es que puede ser reciclado una y otra vez sin perder su calidad ni sus propiedades.

Historia del aluminio

El aluminio es el metal, de uso común, más recientemente descubierto (hace 28 años). Este metal sólo existe en la naturaleza en combinación con otros materiales - silicatos y óxidos. Como éstos son muy estables, tomó varias décadas para desarrollar métodos para obtener el aluminio en un estado razonablemente puro.

Las primeras civilizaciones utilizaban adobes ricos en aluminio para crear cerámica y sales de aluminio para hacer medicinas y colorantes.

En 1808, Sir Humphrey Davy de Gran Bretaña, estableció la existencia del aluminio y le dio su nombre. En 1821, P. Berthier, de Francia, descubrió un material duro, rojizo y parecido a la arcilla que contenía 52% de óxido de aluminio, cerca de la villa de Les Beaux, al sur de Francia. El lo llamó bauxita, el más común de los minerales de aluminio. No obstante, el elemento no fue aislado como tal hasta que, en 1825, el danés Hans Christian Oersted redujo cloruro alumínico con una amalgama de potasio. Posteriormente, otros químicos realizaron diferentes experimentos para estudiar las propiedades del metal; destaca Freidrich Wohler, alemán que en 1827 describió el proceso para producir aluminio como polvo haciendo reaccionar al potasio con clorato




de aluminio anhídrico. Este científico estableció, también, la densidad específica del aluminio y una de sus propiedades únicas: la ligereza.

En 1854, el francés Henri Saint-Claire de Ville mejoró el método de Wohler para crear el primer proceso comercial. El metal era más caro que el oro o el platino. En la exposición internacional celebrada en París en 1855, se mostraron al público cuatro grandes bloques de aluminio a los que no se daba otra utilidad que la decoración. En 1885, Hamilton Y. Cassner (USA) mejoró el proceso de de Ville con una producción anual de 15 toneladas.

Al año siguiente, dos jóvenes y desconocidos científicos, Paul Louis Toussaint Héroult (francés) y Charles Martin Hall (USA) trabajando de manera separada y sin conocer el trabajo del otro, inventaron simultáneamente un nuevo proceso electrolítico, que es la base para la producción actual del aluminio: el proceso Hall-Héroult. Ellos descubrieron que si disolvían óxido de aluminio (alumina) en un baño de criolita fundida y pasaban una fuerte corriente eléctrica a través de ésta, el aluminio fundido se depositaba en el fondo del recipiente.

Algunos otros datos:

1888, se fundan las primeras compañías de aluminio en Francia, Suiza y Estados Unidos.

1889, Freidrick Bayer (Austria), hijo del fundador de la compañía química Bayer, inventó el proceso Bayer para la producción, en gran escala, de alumina a partir de la bauxita.

1900, se producen anualmente 8,000 toneladas de aluminio.





1997, se producen anualmente 22,000,000 toneladas de aluminio.

El aluminio sólo se ha producido comercialmente durante 144 años, esto indica que es un metal muy joven. El hombre ha usado bronce, plomo y estaño por miles de años; a pesar de esto, el aluminio los ha ido reemplazando poco a poco.




Sistema de producción

Bauxita

Existen numerosos depósitos de bauxita principalmente en la zona tropical y subtropical del mundo y también en Europa. Forman estratos o bolsas que se encuentran generalmente a 12 metros o más abajo del suelo o de una cubierta de vegetación. La clase de bauxita comercial debe de contener al menos 40% de óxido de aluminio. La bauxita es generalmente extraída por una mina de tiro abierto. La cubierta se quita, se remueve la bauxita y se transporta a la refinería. Una vez que la extracción haya sido terminada, la capa del suelo y la vegetación se reemplazan. En Brasil y Australia, por ejemplo, hay programas de plantación y conservación que ayudan a la vegetación a regenerarse por sí misma.

Dos de tres toneladas de bauxita son requeridas para producir una tonelada de alúmina dependiendo de la clase de bauxita.

Alúmina

La bauxita es refinada en alúmina usando el proceso Bayer.

La bauxita se lava y se disuelve en sosa cáustica (hidróxido de sodio) a una presión y temperatura alta. El resultado es un licor que contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita sin disolver que contienen hierro, silicio y titanio. Estos residuos se hunden gradualmente hasta el fondo del tanque y son removidos. Son comúnmente conocidos como "barro rojo".

La solución clara de aluminato de sodio es bombeada a un tanque muy grande llamado precipitador. Las partículas finas de alúmina son agregadas para despepitar la precipitación de partículas de alúmina puras mientras que el licor




se enfría. Las partículas se hunden hasta el fondo del tanque y son removidas y luego se pasan a un calcinador rotador o fluidizador a 1100°C para apartar el agua que está combinada. El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La sosa cáustica se regresa el principio del proceso y se vuelve a utilizar.

Dos toneladas de alúmina se requieren para producir una tonelada de aluminio.

Aluminio

La base de todas las plantas fundidoras de aluminio primario es el proceso Hall-Héroult, inventado en 1886. La alúmina se disuelve mediante un baño electrolítico de criolita fundida (fluoruro alumínico sódico) en un recipiente de hierro revestido de carbón o grafito conocido como "crisol". Una corriente eléctrica se pasa por el electrolito a un bajo voltaje pero con una corriente muy alta generalmente 150,000 amps. La corriente eléctrica fluye entre el ánodo (positivo) de carbono hecho del coque de petróleo y brea, y un cátodo (negativo) formado por un recubrimiento de carbón grueso o grafito del crisol.

El aluminio fundido es depositado en el fondo del crisol y se revuelve periódicamente, se lleva a un horno, de vez en cuando se mezcla a una aleación especificada, se limpia y generalmente se funde.




Un fundidor de aluminio típico consiste de alrededor de 300 crisoles. Estos producirían como 125,000 toneladas de aluminio anualmente. Sin embargo, algunos de las fundidoras de la última generación producen entre 350mil y 400 mil toneladas.

En promedio alrededor del mundo toma 15.7 Kw. /hr. Para producir un kilogramo de aluminio de la alúmina. Mejoramientos en los diseños y procesos han reducido progresivamente este aspecto de 21 Kw. /hr de los años cincuentas.

El aluminio se forma a cerca de 900°C pero una vez que se ha formado tiene un punto de fusión de solo 660°C. En algunas fundidoras este ahorro de calor es utilizado para fundir metal reciclado que luego es mezclado con el metal nuevo.

El metal reciclado requiere solo 5% de la energía necesaria para producir el metal nuevo. Mezclar metal reciclado con un nuevo metal permite ahorrar energía considerablemente así como el uso eficiente del calor procesado. No hay diferencia entre el metal primario y el metal reciclado en términos de calidad y propiedades.

Fundir el aluminio requiere de intensa energía que es por lo que fundidoras mundiales están localizados en áreas dónde tienen acceso a un recurso de energía abundante (hidroeléctricas, gas natural, carbón y nuclear). Muchas localidades son remotas y la electricidad es generada específicamente para las plantas de aluminio.

El proceso de fundición es continuo. Un horno no se para y se vuelve a poner en funcionamiento con facilidad. Si la producción es interrumpida por una falta de energía de más de 4 horas, el metal en los crisoles se solidificará, requiriendo un proceso de reconstrucción con un alto costo.

La mayoría de los hornos produce aluminio del 99.7% de pureza que es aceptable para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, el aluminio muy puro de 99.99% es utilizado para aplicaciones especiales, generalmente aquellas dónde la alta ductilidad y conductividad es requerida. El margen de diferencia en pureza del aluminio da cambios significantes en las propiedades del metal.

Tecnología de fundición

Existen principalmente dos tipos de tecnologías de fundición de aluminio: el Söderburg y el precocido. La principal diferencia entre estás dos fundiciones es el tipo de ánodo que utilizan.




La tecnología Söderburg utiliza un ánodo continuo que se pone en la celda en forma de pasta que se calcina en la misma celda.

La tecnología del precocido utiliza múltiples ánodos precocidos que están suspendidos en cada celda por medio de unas varillas. Los ánodos nuevos de cambian por los ánodos gastados o terminales que se reciclan en nuevos ánodos.

Cambios en el medio ambiente:

Mientras el progreso significativo que se ha hecho en mejorar la actuación del medio ambiente, la tecnología Söderburg está siendo remplazada gradualmente por tecnología precocida.

Reciclaje




Al final de la vida útil que contiene aluminio puede ser utilizado una y otra vez sin que se pierda su calidad, ahorrando energía y materiales en bruto.

Reciclando un kilogramo de aluminio se pueden ahorrar 8 kilogramos de bauxita, 4 kilogramos de productos químicos y 14 kW/hr de electricidad.

Cualquier cosa hecha de aluminio puede ser reciclada repetidamente: no solo latas, también hojas, láminas, moldes, marcos de ventanas, muebles de jardín, componentes de automóvil son derretidos y se usan para hacer los mismos productos de nuevo.

La tasa de reciclaje para latas de aluminio está ya por encima del 70% en algunos países. La industria del aluminio ha iniciado varios proyectos para alentar al reciclaje en varios países.

El material de desecho en todas sus fases es meticulosamente recolectado y clasificado por tipos de aleación por todas las compañías de aluminio. A diferencia de otros metales, el aluminio de desecho tiene un valor significativo y buenos índices de precios en el mercado.

Las compañías de aluminio han invertido en dedicarle un lugar, en las plantas de reciclaje, al procesamiento del la transformación secundaria del metal. En el caso de las latas de bebidas el proceso utiliza gas recolectado de las sustancias volátiles que están en las superficies de las latas que proveen calor al proceso.

En Europa las latas de bebida de aluminio ya alcanzaron el objetivo mínimo marcado por la directiva europea en Empaque y Desecho para el año 2001. Suecia con 92% y Suiza con 88% son los campeones europeos de reciclaje de lata. El promedio europeo es de 40% aumentando 10% desde 1994.

El reciclaje de latas de bebida de aluminio elimina desperdicios, ahorra energía y conserva los recursos naturales.

Las latas de aluminio son buenas para el medio ambiente, para la economía y son 100% reciclables.

Las latas de aluminio de ahora requieren cerca del 40% menos metal que las latas hechas hace 25 años; además de la necesidad de menos energía y materia prima por cada lata. Valen de 6 a 20 veces más que otros materiales de empaque.

El aluminio es el único material de empaque que cubre más allá de su costo de recolección, proceso y traslado al centro de reciclaje. La industrial del aluminio está trabajando con los fabricantes de componentes de automóviles




para permitir que los carros con componentes de aluminio sean fácilmente desmantelados y que los desechos sean clasificados y reutilizados para partes nuevas idénticas. En la mayoría de otros proyectos de reciclaje los desechos de material son rara vez reutilizados para su misma aplicación, este tiene que ser degradado a una aplicación que tiene menos propiedades de metal.

La tasa de reciclaje para aplicaciones de construcción y transporte va desde el 60 al 90% en varios países. El metal es reutilizado en aplicaciones de alta calidad.

Reciclado de latas

¿Cómo están hechas las latas de aluminio?

Para la formación de los recipientes el proceso comienza cuando se enrolla la hoja de aluminio alimentada a través de una prensa la cual saca los recipientes con la forma primaria

Realización de un segundo dibujo y planchado: Los recipientes son alimentados dentro de una prensa de planchado donde unos anillos colocados de forma sucesiva vuelven a hacer el dibujo y planchan el recipiente reduciendo el grosor de las paredes para obtener un tubo largo de lata. El fondo se forma para que soporte la presión interna

Otras actividades en la fabricación de latas de aluminio son:

• Alisado: Las latas son torneadas mientras una herramienta para cortar alisa la cubierta áspera del interior.

• Limpieza. Las latas son limpiadas y pre-tratadas para la decoración y para el revestimiento interno.




• La pre- limpieza se hace con agua limpia • La limpieza con un limpiador comercial • Lavado con agua fría • Acondicionador • Lavado con agua fría • Lavado con agua dionizada • Secado

Impresión y barnizado: Las latas son enrolladas contra un cilindro de hule para pintar hasta con 4 colores simultáneamente. Después se mueven a otra estación dónde se le aplica un barniz protector de color claro.

Barnizado de fondo: Las latas se llevan a un aplicador que pone un barniz protector al fondo.

Horneado: Las latas van a través de un transportador a un horno para el secado de la impresión.

Pintura interna: Un revestimiento especialmente seleccionado se rocía en el interior de las latas.

Horneado: Las latas van a través de un transportador que hornea y seca el revestimiento interior.

Formación del cuello y reborde: A las latas se les forma un cuello en la parte superior para reducir el diámetro de la lata y se rebordea para que embone el final o tapa.

Prueba de luz: Las latas limpias se ponen a través de un probador de luz que detecta los hoyos pequeños y que rechaza las latas defectuosas.

Empaque: Después de una inspección final de las latas, estás son empacadas para su envío al cliente.

Fabricación de las tapas

• Las tapas se sellan por una vuelta pre-cubierta de aluminio. • Las tapas son alimentadas a una prensa de alta precisión dónde se

remachan y marcan en forma consecutiva. • Las tapas se empacan y se transportan para el embalaje al cliente.

Las latas de aluminio pueden ser recicladas infinitamente. El uso del metal reciclado en cualquier producto de aluminio resulta en un ahorro de energía de 95% sobre el uso del metal primario. Muchos productos, por ejemplo, pruebas de automóvil, productos para la construcción y latas de bebidas son




principalmente de metal reciclado. En la práctica productos de aluminio son inherentemente ahorradores de energía.

Transporte

La cantidad e energía requerida para la producción se ha reducido progresivamente, gracias a la investigación y al continuo desarrollo de procesos en los años cincuentas, en promedio alrededor del mundo tomó cerca de 21kw/hr hacer un kilo de aluminio de la alúmina, en 1997 le tomó a una de las nuevas fundidoras solo 14 kw/hr un descenso de cerca del 30%.

Proceso de manufactura

Mas del 55% del aluminio primario del mundo se produce utilizando energía hidroeléctrica que es limpia, no contamina y renovable. Las represas de las hidroeléctricas y las fundidoras relacionadas con el aluminio tienden a estar situadas en áreas remotas y provee de actividad económica dónde de otra forma no existiría.

Residuos de bauxita ("barro rojo")

Cada tonelada de alúmina producida deja un residuo de cerca de 0.7 toneladas de barro.

El residuo de bauxita que puede ser utilizado en la construcción de caminos o la fabricación de materiales para la construcción, sin embargo, el alto costo de la transportación a los lugares de producción en ocasiones inhibe el uso de estos materiales.

Aplicaciones del aluminio

1.-PRODUCTOS LAMINADOS

1.1. Aleaciones 1050 y 1070

Máxima resistencia a la corrosión, fácil de soldar al arco en atmósfera inerte o por soldadura fuerte, excelente formabilidad.

USOS: En forma de lámina o papel (foil) se usa en la industria química y en la de preparación de alimentos principalmente.

1.2. Otras aleaciones del Grupo Mil y Grupo Tresmil.




Muy resistentes a la corrosión, excelentes características para soldarse al arco o soldadura fuerte, permiten ser formadas, dobladas o estampadas con facilidad.

USOS: En forma de lámina son ideales para la fabricación de utensilios de uso doméstico, ductos, envases y en general para cualquier aplicación de láminas metálicas donde no se requiera una resistencia estructural. Las aleaciones del grupo1000 son ideales para la fabricación de papel de aluminio (foil) para empaquetadoras de alimentos, cigarros, regalos, etc.

1.3. Aleaciones del grupo Cincomil

Alta resistencia a la corrosión, pueden soldarse fácilmente con equipo de arco en atmósfera de gas inerte, tienen mayor resistencia mecánica que las aleaciones de los grupos mil y tres mil.

USOS: En forma de placa o lámina se usan en la industria del transporte en carrocerías, tanques o escaleras; son ideales para cuerpos de embarcaciones marítimas (Aleación 5052) para la fabricación de carros de ferrocarril o de trenes urbanos; fabricación de envases abre fácil para bebidas gaseosas y en general para aplicaciones estructurales.

El aluminio y la electricidad

El aluminio ha reemplazado al cobre desde 1945 en las líneas de transmisión de alto voltaje y hoy en día es la forma más económica de transmitir electricidad. El aluminio pesa solo un tercio de lo que pesa el cobre y puede llevar el doble de electricidad que una onza de cobre. Por esta razón, las líneas de electricidad de aluminio son más ligeras y no requieren de grandes estructuras para sostenerse. Además, el aluminio tiene otras aplicaciones en este campo: los sistemas de electricidad de grandes edificios como los del World Trade Center en Nueva York, están hechos de aluminio; desde la década de los 50´s, la base de los focos se hace de aluminio y no de cobre o latón; también miles de antenas para televisores y para satélites son hechas de aluminio.

El aluminio en el deporte

Aquí el aluminio lo podemos encontrar en las bicicletas, en el marco de las raquetas para tenis, squash o badmington, y también en los esquíes. Los




campistas pueden encontrarlo en las estructuras de sus tiendas de campaña o en el marco de sus mochilas.

El aluminio y el transporte

Para el transporte, el aluminio es un elemento ideal gracias a que es ligero, fuerte y es fácil de moldear. El gasto inicial en energía es totalmente recuperable ya que el vehículo ahorrará mucha gasolina y requerirá menor fuerza o potencia para moverse.

El aluminio en el aire

Los aviones no podrían haber existido si no fuera por la ligereza del aluminio. Desde que los hermanos Wright fabricaron el primer aeroplano, el aluminio formó parte importante de los materiales constituyentes y posteriormente comenzó a reemplazar piezas de madera, acero y de otros elementos. El primer avión de aluminio se fabricó en los años 20´s.

La combinación de fuerza, ligereza y maleabilidad hacen del aluminio un elemento ideal para la fabricación de aviones comerciales, además de que al crear aleaciones de aluminio con otros metales, se adquieren características en el metal que permiten la resistencia a grandes presiones y la tensión que debe soportar el artefacto a grandes alturas. Además, gracias a que el material es resistente a la corrosión, muchas líneas aéreas no pintan sus aviones ahorrándose así muchos kilos de peso.

El aluminio en el transporte terrestre

El uso de aluminio en las partes que componen a coches y camiones ha aumentado en forma constante en la última década. La utilización de este metal reduce ruido y vibración.

Gracias al aluminio, muchas partes de los vehículos son recicladas Además, el aluminio absorbe energía cinética lo cual evita, que en un accidente, la reciban los pasajeros.

El aluminio no se oxida como el acero; esto significa que los vehículos, en zonas climatológicas de gran humedad tengan una vida más larga. Los autos con cuerpo de aluminio duran tres o cuatro veces más que los que tienen un chasis de acero.

El aluminio también se utiliza en la fabricación de carros de ferrocarril. Los carros del metro están hechos de aluminio.




Las primeras cajas para ferrocarril hechas de aluminio, datan de 1931. En los 60´s, las primeras cajas de 100 toneladas de capacidad se construyeron con cuerpos de aluminio. Cada caja necesitaba 6,800 k. de aluminio y pesaba 10 toneladas menos que las de acero. Los carros para transportar carbón se tenían que reconstruir cada 15 años si eran de acero, al ser de aluminio ya no fue necesario.

El aluminio en el mar

En 1892, los franceses construyeron el primer navío de aluminio. Para 1893, una compañía estadounidense estaba haciendo botes de este metal. Los cruceros utilizan, también, grandes toneladas de aluminio en su construcción para evitar un peso mayor. La misma aplicación se hace para los transbordadores.

Los usuarios reportan que en 30 años de uso, los artefactos hechos de aluminio no presentan fatiga del material.

El aluminio y el empaque

El aluminio se utiliza de manera extensa en la protección, el almacenamiento y la preparación de comidas y bebidas. Al conducir de manera muy eficiente el calor, es muy útil para preparar tanto alimentos calientes como congelados.

El aluminio se utiliza en diversos tipos de empaques por servir como importante barrera contra los microorganismos, el aire y la luz, evitando que estos afecten en contenido.

El papel aluminio tiene características sobresalientes, es ligero, fuerte, flexible y durable. Con sólo una micra de espesor es completamente impermeable. Al enrollarlo sobre la comida, la protege contra la luz ultravioleta, las bacterias y su entorno. Los paquetes de aluminio son seguros, higiénicos, fáciles de abrir e impermeables.

Las latas de aluminio son excelentes contenedores ya que son fuertes, ligeras, compactas, impermeables y reciclables. Además, no afecta el sabor natural del contenido y mantiene el oxígeno, la luz y la humedad afuera. Por su ligereza, son fáciles de transportar, de llevar a casa y de recolectar para ser recicladas. Se almacenan con mayor facilidad en los estantes, en el refrigerador y en los camiones que el vidrio y el plástico, y necesitan menor protección.

Además de las aplicaciones anteriores, encontramos el aluminio en la construcción (ventanas, puertas, coladeras, etc.); en el tratamiento de agua (con el sulfato de aluminio); en la comida (cubiertos, sartenes, ollas, etc.) y en




la industria farmacéutica (hidróxido de aluminio y compuestos de aluminio soluble).

Producción anual del aluminio

La industria mundial produce alrededor de 22 millones de tonelada de aluminio primario al año. La mayoría de este metal proviene, aproximadamente, de 120 fundidoras de aluminio primario localizadas en todo el mundo, que reportan sus cifras al IPAI y se incluyen en el sistema estadístico del mismo. Estas fundidoras son las responsables del 90% de la producción de aluminio primario; pero excluyen a China, quien planea producir 2.7 millones de toneladas para el año 2000, arriba de su producción actual de 2 millones de toneladas. Hay arriba de 100 fundidoras en China aunque la mayoría son pequeñas.

Además de la producción primaria, más de 7 millones de toneladas de aluminio primario provienen del reciclaje; casi el 100% de toda la producción de pedacería de este metal, así como, más del 60% del desecho viejo de aluminio es reciclable. La proporción de aluminio producido del desecho (aluminio secundario), ha ido aumentando rápidamente.

Producción de aluminio primario en miles de toneladas métricas

Area 1995 1996 1997 1998

1 Africa 631 1,015 1,106 1,043

2 Norte América 5,546 5,860 5,930 6,086

3 América Latina 2,058 2,107 2,116 2,075

4/5 Asia 1,656 1,624 1,910 1,843

6a Europa occidental 5,885 3,192 3,297 3,549

6b Europa oriental y central 3,316 3,419

7 Oceanía 1,566 1,656 1,804 1,934

Total mundial 17,342 18,639 19,479 19,949

Promedio diario mundial 47.51 50.93 53.37 54.65

Descripción de las áreas:

1: Camerún, Egipto, Ghana, Nigeria, Sur África 2: Canadá, Estados Unidos 3: Argentina, Brasil, México, Surinam, Venezuela




4/5: China, India, Indonesia, Irán, Japón, Turquía, Corea del Norte, Corea del Sur 6a: Austria, Francia, Alemania, Grecia, Islandia, Italia, Holanda, Noruega, España, Suecia, Suiza, Reino Unido 6b: Bosnia-Herzegovina, Croacia, Hungría, Polonia, Rumania, Federación Rusa, Eslovaquia, Eslovenia, Ucrania, Montenegro 7: Australia, Nueva Zelanda

El área 6 (Europa), se divide en dos secciones a partir del primero de Enero de 1996.

Precio del aluminio

El aluminio se cotiza en los mercados de físicos de las casas de bolsa del mundo, para el martes 4 de Mayo de 1999, se cotiza en el London Metal Exchange, a 1 365.5 dólares la tonelada métrica; a su vez en Nueva York se encuentra a 57 dólares la onza, que si se compara con el oro a 287.29 dólares puede dar una idea del valor del aluminio.

A nivel comercial en México, el aluminio en perfiles para cancelería se puede comprar en secciones de 6.10 metros, con un costo que varía según el tipo de perfil y el ancho, desde 35 pesos hasta por arriba de los 300 pesos.

Conclusión

El aluminio se produce en forma comercial hace tan solo 144 años por lo que es considerado un metal joven.

A pesar de que el hombre ha utilizado el bronce, el hierro y el estaño por miles de años, el aluminio es considerado ya el metal el siglo XXI. Esto se debe a que actualmente es el metal más importante de los no ferrosos a lo cual se suman sus características de: bajo peso específico, resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica y eléctrica así como su alta resistencia mecánica. Además de que es el elemento más abundante en la corteza terrestre después del silicio y al ser aleado con otros metales adquiere una gama de aplicaciones dónde el único límite es la inventiva del hombre.

Su producción actual de 29 millones de toneladas (incluyendo el obtenido del reciclaje) es muy superior a la producción anual del bronce (11.5 millones de toneladas), del hierro (5.4 millones de toneladas) y del estaño (0.2 millones de toneladas). Esto es un factor que nos indica la importancia que está adquiriendo.

El aluminio va ganando terreno en la aplicación dentro de la industria, siendo muy valioso por no pesar tanto y ser fácil de reciclar. En nuestro país no se




tiene una gran producción, la cuál sumada con toda América latina no alcanza ni la mitad de la producida por Estados Unidos y Canadá.

Por estas razones y por su característica de ser 100% reciclable sin perder sus propiedades hacen al aluminio un metal ideal para múltiples aplicaciones ya conocidas y otras más que el mundo aún no ha descubierto.

Latón

• Historia • Sistema de producción • Costos • Producción anual nacional de metales no ferrosos • Cotización de los metales no ferrosos • Conclusión • Fuentes de información

Historia

El latón ha sido utilizado desde hace tantos siglos, como el latón, sin embargo, solo durante el último milenio ha sido apreciado como una aleación tecnificada. Inicialmente el latón fue fácil de producir usando cobre natural y estaño y fue ideal para la manufactura de utensilios. Los egipcios previos a las dinastías conocían muy bien el cobre y en sus jeroglíficos está representado por el símbolo de un cofre, también usado para representar la vida eterna, y pronto apreciaron la durabilidad y bajo costo del cobre y de sus aleaciones. Mientras que el estaño era relativamente abundante para la manufactura del bronce, el latón fue poco usado, excepto cuando se requería un color dorado en las piezas. Los griegos conocían al latón como "oreichalcos", un cobre blanco y brilloso.

Algunos historiadores romanos se refirieron al latón, denominándolo "arichalum". Fue usado para la manufactura de monedas y muchos romanos lo apreciaron para dar un color dorado a sus cascos. Usaron diferentes grados de aleación que contenían desde 11 hasta 28 % de zinc para obtener colores decorativos para múltiples tipos de joyería ornamental. Para los trabajos de ornato, el metal debía ser muy dúctil y la composición preferida era 18%, parecido al metal dorado 80/20 que aún se usa.




Antes del siglo XVIII, el zinc no se usaba ya que requiere 420°c para fundirse y hierve a cerca de 950°c, debajo de la temperatura necesaria para transformar el óxido de zinc en carbón. Ante la ausencia de zinc natural, fue necesario hacer latón mezclando tierra de calamina con cobre y calentando la mezcla en un crisol. El calor era suficiente para reducir la calamina a estado metálico pero no fundir el cobre. El vapor del zinc permitía al cobre formar latón que podía entonces ser fundido para dar una aleación uniforme.

Durante la época medieval aún no se tenían fuentes naturales de zinc puro. Cuando Suransea, en el sur de Gales, fue el centro mundial para la producción de cobre, el latón fue hecho de calamina encontrada en las colinas Mendip en Somerset. El latón fue popular en las iglesias, platos delgados insertados en los pisos de piedra y con inscripciones para conmemorar a muerte; estos frecuentemente contenían entre 23 y29% de zinc, con pequeñas cantidades de plomo y estaño. En ocasiones fueron incluso reciclados.

Unos de los principales usuarios del latón fueron los comerciantes de lana, que durante su prosperidad dependieron primero de la revolución industrial. Durante la época de Shakespiare, una compañía tenía el monopolio de las manufacturas de latón en cables en el Reino Unido. Esto causó que cantidades significativas fueran contrabandeadas hacia Europa central. Después el comercio de alfileres y agujas se volvió muy importante, en los que era común de 15 a 20% de zinc con bajas cantidades de plomo y estaño para permitir una temperatura suficientemente baja para su manufactura. Debido a la facilidad de su elaboración, maquinado y resistencia a la corrosión, el latón se convirtió en una aleación estándar para instrumentos como relojes e instrumentos de navegación.

El invento de Harrison del cronómetro en 1761 dependió del uso del latón para la manufactura de un reloj de precisión que tuvo un costo de 20 mil libras esterlinas. Hay muchos ejemplos de relojes de los siglos XVII y XVIII que aún funcionan correctamente, hechos de latón.

Con la llegada de la revolución industrial, la producción de latón se convirtió cada vez en algo más importante. En 1738, William Champion fue capaz de obtener una patente para la producción de zinc mediante la destilación de calamina y carbón. Esto dio gran impulso a la producción de latón en Bristol. Los cables originalmente fueron hechos con máquinas manuales y los platos mediante prensas. La primera fábrica de enrollado en Swansea se instaló por Dockwra en 1697, y no fue sino hasta mediados del siglo XIX cuando se desarrollaron las enrolladoras industriales. Dockwra se especializó en la manufactura de alfileres y el primer embarque de platos de 30 Kg.




Con la invención del latón 60/40 en Muntz en 1832, fue posible la elaboración de platos baratos muy fáciles de trabajar. Esto substituyó el uso de cobre para el hilado de lana para prevenir la destrucción de fibras y el ataque de insectos. Con el avance de las comunicaciones por agua, el centro del comercio se movió a Birmingham para estar cerca del abasto de hidrocarburos y para facilitar la distribución. Entonces, en 1894, Alexander Dick inventó la extrusión que revolucionó la producción barata de rodillos de buena calidad. Los desarrollos subsecuentes en la tecnología de producción, han permitido atender las demandas de los clientes de mejores, más consistentes y en grandes cantidades de productos de latón.

Sistema de producción

Fundición: Hornos eléctricos de inducción alimentan la colada continua para producción de "billets" y de alambrón en las aleaciones y dimensiones. La fijación de la aleación se apoya en aparatos de rayos X, que garantizan el cumplimiento de las restrictivas tolerancias analíticas impuestas para conseguir una calidad constante en todo momento.

Fundición de aleaciones de cobre; latones complejos. Se funden en hornos de inducción y solidifican por procedimientos de colada continua y centrífuga de altas velocidades.

Fabricación (por medio de mecanización en máquinas de control numérico) de cojinetes metálicos de fricción con lubricantes sólido incorporado. El lubricante es un grafito aglomerado con resinas y otros elementos. Forja de latón en estampa cerrada, para la realización de piezas entre 20 grs. Y 5 Kgs.

Extrusión: Formar barras, tubos, perfiles, etc., haciendo pasar metal fundido o materia plástica por una abertura apropiada. Mediante líneas productivas, permite una elevada capacidad productiva con un óptimo nivel de calidad. Se requiere una particular atención en el control y la regulación de la temperatura del material extruido durante la fase de extrusión, que constituye la base de la calidad de los productos.

Trefilería de hilo: Se apoya en instalaciones tecnológicamente avanzadas para la producción de hilo en diversas medidas, aleaciones, características mecánicas.

Laminación: Laminados con atención a las propiedades mecánicas y a las tolerancias dimensionales que vienen controladas y reguladas "on line" mediante calibración por láser que trabajan en cascada en la caja de laminación.




Tubo calibrado: El tubo extruido viene trabajado para obtener todas las medidas pertenecientes a los más variados sectores de uso que van del mobiliario a la fontanería y múltiples de aplicaciones especiales.

Barra calibrada: Por medio de rodillos se producen barras con calibres determinados.

Para la producción del latón, es importante considerar algunos aspectos y características de los hornos y máquinas:

Regulación de la temperatura

Con acción proporcional modulante, que permite una uniformidad de la temperatura igual a:

Hornos con 2 guías: ± 0,5 % del valor establecido

Hornos con 3 guías: ± 0,75 % del valor establecido

Detección mediante termoelemento sobre una o dos zonas con base en la longitud de la cámara de calentamiento.

Calentamiento

Directo: con quemadores en bóveda y llama directa en las guías.

Sección nominal externa de la cámara: 720 x 720 mm.

Distancia guías

En la versión 2G la distancia entre las guías es de 80 mm para piezas que varían de Ø 15 mm min. a Ø 60 mm máx., y de 120 mm para piezas hasta Ø 80 mm máx.

En la versión 3G la distancia entre las guías es de 75 mm para piezas que varían de Ø 15 mm min. a Ø 60 mm máx. .

Instalación eléctrica

Incluye dos tableros eléctricos y un panel de control ubicados en la máquina.

Lógica de avance: con relé electromecánicos.

Regulación de la temperatura: mediante termorregulador con microprocesador.




Longitud de la cámara de calentamiento

Son disponibles 6 medidas diferentes: SO.100, SO.140, SO.180 y SO.240 con una zona, SO.240, SO.300 y SO.360 con dos zonas, donde el número indica la longitud en centímetros de la cámara de calentamiento. Cada una de estas grandezas puede ser preparada con 2 o 3 guías con base en la producción deseada, de la forma y de las dimensiones máximas de las piezas que se desean calentar.

Alimentación

Se realiza mediante tres tipos diferentes de alimentadores:

Corto AC para piezas con longitud hasta 100 mm

Estándar AS para piezas con longitud hasta 150 mm

Largo AL para piezas con longitud hasta 300 mm

El latón es producido en diferentes formas, las principales son:

5. Barras 6. Terrazos 7. Láminas 8. Soleras 9. Tubería 10. Alambre

Producción horaria Kg./hora en función del diámetro

1 zona de calentamiento Ø 15 Ø 20 Ø 25 Ø 30 Ø 35 Ø 40 Ø 45

SO 100 /2G/80 60 ÷ 70 90 ÷ 100 110 ÷ 130 130 ÷ 150 140 ÷ 160 150 ÷ 170 160 ÷ 180

SO 100 /3G/75 90 ÷110 130÷150 170÷190 200÷220 230÷250 240÷260 250÷270

SO 140 /2G/80 90÷110 130÷150 170÷190 200÷220 230÷250 240÷260 250÷270

SO 180 /2G/80 130÷150 180÷200 230÷250 280÷300 310÷330 330÷350 330÷360

SO 180 /2G/120 130÷150 180÷200 230÷250 280÷300 310÷330 330÷350 330÷360

SO 140 /3G/75 140÷160 200÷220 260÷280 310÷330 350÷370 370÷390 380÷400




SO 240 /2G/80 170÷200 240÷270 310÷340 380÷410 420÷450 450÷480 460÷500

SO 240 /2G/120 170÷200 240÷270 310÷340 380÷410 420÷450 450÷480 460÷500

SO 180 /3G/75 190÷220 270÷300 340÷370 410÷440 460÷490 490÷520 500÷540

SO 240 /3G/75 260÷300 370÷410 480÷520 570÷610 640÷680 670÷720 680÷740

1 zona de calentamiento Ø 50 Ø 55 Ø 60 Ø 65 Ø 70 Ø 75 Ø 80

SO 100 /2G/80 170 ÷ 190

SO 100 /3G/75 260 ÷ 280

SO 140 /2G/80 260 ÷ 280

SO 180 /2G/80 350 ÷ 380 360 ÷ 390 370 ÷ 400

SO 180 /2G/120 350 ÷ 380 360 ÷ 390 370 ÷ 400 380 ÷ 410 390 ÷ 420

SO 140 /3G/75 390 ÷ 420

SO 240 /2G/80 480 ÷ 520 490 ÷ 530 510 ÷ 550

SO 240 /2G/120 480 ÷ 520 490 ÷ 530 510 ÷ 550 520 ÷ 560 530 ÷ 580 540 ÷ 590 560 ÷ 610

SO 180 /3G/75 520 ÷ 570 530 ÷ 580 550 ÷ 600

SO 240 /3G/75 720 ÷ 780 740 ÷ 800 760 ÷ 830

2 zonas de calentamiento Ø 15 Ø 20 Ø 25 Ø 30 Ø 35 Ø 40 Ø 45

SO 240 /2Z/2G/80 220 ÷ 260 290 ÷ 340 370 ÷ 410 430 ÷ 470 470 ÷ 510 500 ÷ 540 510 ÷ 560

SO 240 /2Z/2G/120 220 ÷ 260 290 ÷ 340 370 ÷ 410 430 ÷ 470 470 ÷ 510 500 ÷ 540 510 ÷ 560

SO 300/2Z/2G/80 280 ÷ 340 370 ÷ 430 470 ÷ 520 540 ÷ 600 600 ÷ 660 630 ÷ 690 660 ÷ 720

SO 300/2Z/2G/120 280 ÷ 340 370 ÷ 430 470 ÷ 520 540 ÷ 600 600 ÷ 660 630 ÷ 690 660 ÷ 720

SO 240/2Z/3G/75 330 ÷ 390 440 ÷ 500 550 ÷ 610 640 ÷ 700 700 ÷ 770 740 ÷ 810 770 ÷ 850

SO 360/2Z/2G/80 340 ÷ 410 450 ÷ 520 570 ÷ 630 660 ÷ 730 720 ÷ 790 770 ÷ 840 800 ÷ 870




SO 360/2Z/2G/120 340 ÷ 410 450 ÷ 520 570 ÷ 630 660 ÷ 730 720 ÷ 790 770 ÷ 840 800 ÷ 870

SO 300/2Z/3G/75 420 ÷ 500 560 ÷ 640 700 ÷ 780 820 ÷ 900 900 ÷ 980 940÷1040 980÷1080

SO 360/2Z/3G/75 510 ÷ 610 680 ÷ 780 850 ÷ 950 990÷1090 1090÷1190 1150÷1260 1200÷1310

2 zonas de calentamiento Ø 50 Ø 55 Ø 60 Ø 65 Ø 70 Ø 75 Ø 80

SO 240 /2Z/2G/80 540 ÷ 600 560 ÷ 620 580 ÷ 650

SO 240 /2Z/2G/120 540 ÷ 600 560 ÷ 620 580 ÷ 650 590 ÷ 660 610 ÷ 680 620 ÷ 690 630 ÷ 710

SO 300/2Z/2G/80 690 ÷ 760 710 ÷ 790 740 ÷ 820

SO 300/2Z/2G/120 690 ÷ 760 710 ÷ 790 740 ÷ 820 750 ÷ 840 770 ÷ 860 780 ÷ 870 800 ÷ 890

SO 240/2Z/3G/75 820 ÷ 890 840 ÷ 930 870 ÷ 970

SO 360/2Z/2G/80 840 ÷ 920 860 ÷ 960 900÷1000

SO 360/2Z/2G/120 840 ÷ 920 860 ÷ 960 900÷1000 920÷1020 940÷1040 950÷1050 970÷1070

SO 300/2Z/3G/75 1040÷1140 1070÷1180 1110÷1240

SO 360/2Z/3G/75 1260÷1380 1300÷1430 1350÷1500

BARRAS

Tramos de 2.50 a 4.00 mts.

Medidas Peso aproximado por metro lineal en kgs. mms. pulgs. Redondo Cuadrado Hexagonal 2.4 3/32 0.037 - - 3.2 1/8 0.067 0.086 - 4.0 5/32 0.105 - - 4.8 3/16 0.151 0.195 0.170 5.6 7/32 0.206 - -




6.0 0.236 0.240 - - 6.4 1/4 0.269 0.343 0.297 7.1 9/32 0.340 - - 7.9 5/16 0.423 0.535 0.464 9.5 3/8 0.606 0.771 0.668 10.3 13/32 0.710 - - 11.1 7/16 0.825 1.060 0.909 12.7 1/2 1.077 1.385 1.187 13.5 17/32 1.215 - - 14.3 9/16 1.363 1.756 1.450 15.9 5/8 1.682 2.143 1.850 17.5 11/16 2.036 - 2.140 19.0 3/4 2.423 3.084 2.672 20.6 13/16 2.843 - 3.270 22.2 7/8 3.252 4.199 3.636 23.8 15/16 3.738 - 4.290 25.4 1 4.306 5.483 4.748 27.0 1 1/16 4.910 - 5.390 28.6 1 1/8 5.500 - 6.100 30.2 1 3/16 6.073 - 6.731 31.8 1 1/4 6.729 8.56 7.419 34.9 1 3/8 8.141 - 8.978 38.1 1 1/2 9.689 12.337 - 44.4 1 3/4 13.188 - 14.543 50.8 2 17.220 21.938 18.991 57.2 2 1/4 21.804 - 24.037 63.5 2 1/2 26.909 - 29.678 76.2 3 38.757 - 43.058 88.9 3 1/2 52.500 - - 101.6 4 68.600 - -

TERRAZOS

Tramo Standard 3.66 MTS.

Medidas mms. pulgs. A D B E A D B E

Peso aprox. por mt. lineal en kgs.

3.2 12.7 6.4 1.6 1/8 1/2 1/4 1/16 0.258




4.8 12.7 6.4 1.6 3/16 1/2 1/4 1/16 0.344

LÁMINA LISA

Acabado brillante

EN HOJA

Ancho standard 0.61 mts. (2 pies) Temple semiduro

Calibre Peso aprox. en kgs.

bwg. mms. pulgs.

Longitud de la hoja en mts. m2 hoja

4 6.05 0.238 1.22 51.183 38.090 6 5.16 0.203 1.22 43.654 32.487 8 4.19 0.165 1.22 35.447 26.380 10 3.40 0.134 1.22 28.764 21.406 12 2.77 0.109 1.22 23.434 17.440 14 2.11 0.083 1.22 17.851 13.284 16 1.65 0.065 1.22 13.959 10.388 16 1.65 0.065 2.44 13.959 20.777 18 1.25 0.049 1.22 10.575 7.870 18 1.25 0.049 2.44 10.575 15.740 20 0.89 0.035 1.22 7.529 5.603 20 0.89 0.035 2.44 7.529 11.206 22 0.71 0.028 1.22 6.007 4.470 22 0.71 0.028 2.44 6.007 8.940 24 0.56 0.022 1.22 4.738 3.526 24 0.56 0.022 2.44 4.738 7.051 26 0.46 0.018 1.22 3.892 2.896 26 0.46 0.018 2.44 3.892 5.792 28 0.36 0.014 1.22 3.046 2.267 30 0.31 0.012 1.22 2.623 1.952

LÁMINA LISA

Acabado brillante

EN ROLLO




Calibre bwg. mms. pulgs.

Ancho del rollo en mts. Temple Peso aprox. por

m2 en kgs.

16 1.65 0.065 0.61 SEMIDURO 13.959 18 1.25 0.049 0.61 SEMIDURO 10.575 20 0.89 0.035 0.61 RECOCIDO 7.529 22 0.71 0.028 0.61 RECOCIDO 6.007 24 0.56 0.022 0.61 RECOCIDO 4.738 26 0.46 0.018 0.61 RECOCIDO 3.892 28 0.36 0.014 0.61 RECOCIDO 3.046 30 0.31 0.012 0.61 RECOCIDO 2.623 32 0.23 0.009 0.20 SEMIDURO 1.946 34 0.18 0.007 0.20 SEMIDURO 1.523 36 0.10 0.004 0.20 SEMIDURO 0.846

SOLERAS

de latón


Medidas mms. pulgs. Espesor Ancho Espesor Ancho


6.4 1/4 0.180 9.5 3/8 0.270 12.7 1/2 0.345 15.9 5/8 0.430 19 3/4 0.515 25.4 1 0.720 31.8 1 1/4 0.860 38.1 1 1/2 1.030

3.2 X

50.8

1/8 X

2 1.450 19 3/4 0.770 25.4 1 1.040 31.8 1 1/4 1.300 38.1 1 1/2 1.545

4.8 X

50.8

3/16 X

2 2.060 12.7 1/2 0.690 15.9 5/8 0.860

6.4 X

19

1/4 X

3/4 1.030




25.4 1 1.370 31.8 1 1/4 1.720 38.1 1 1/2 2.060 50.8 2 2.740 76.2 3 4.120 12.7 1/2 1.080 9.5 X 19

3/8 X 3/4 1.620

25.4 1 2.740 38.1 1 1/2 4.120 50.8 2 5.500

12.7 X

63.5

1/2 X

2 1/2 6.860

TUBERÍA

de latón


Diámetro exterior Espesor de pared

mms. pulgs. mms. pulgs.


3.2 1/8 0.56 0.022 0.048 4.8 3/16 0.81 0.032 0.103

0.81 0.032 0.138 6.4 1/4 1.07 0.042 0.182 0.81 0.032 0.17 7.9 5/16 1.07 0.042 0.225 0.81 0.032 0.205 9.5 3/8 1.07 0.042 0.27 0.81 0.032 0.239 11.1 7/16 1.24 0.049 0.366 0.81 0.032 0.273 12.7 1/2 1.24 0.049 0.419 0.81 0.032 0.342 15.9 5/8 1.24 0.049 0.524 0.81 0.032 0.409 19 3/4 1.24 0.049 0.626 0.81 0.032 0.478 22.2 7/8 1.24 0.049 0.732




0.81 0.032 0.547 25.4 1 1.24 0.049 0.837 0.81 0.032 0.685 31.8 1 1/4 1.65 0.065 1.395 0.81 0.032 0.82 38.1 1 1/2 1.65 0.065 1.671 0.81 0.032 0.956 44.4 1 3/4 1.65 0.065 1.947 0.81 0.032 1.094 50.8 2 1.65 0.065 2.228 1.07 0.042 1.806 63.5 2 1/2 2.77 0.109 4.675 1.07 0.042 2.167 76.2 3 2.77 0.109 5.61

101.6 4 3.18 0.125 8.587

costos

Código Medidas

mm

Espesor

Mm

Precio

Ptas/m

Longitud Precio

Ptas/u

Barras/

paquete Color Rojo

Color Blanco

12x10,0 1,1 104 5,8 603 75 R121158 - 120 12.480 R121112 - 200 20.800 R121120 - 16x12,4 1,8 196 5,8 1.137 50 R161858 B161858 100 19.600 R161810 B161810 200 39.200 R161820 - 20x16,2 1,9 247 5,8 1.433 40 R201958 B201958 100 24.700 R201910 B201910 120 29.640 R201912 - 240 59.280 R201924 - 25x20,4 2,3 376 5,8 2.181 25 R252358 B252358 50 18.800 R252350 B252350 120 45.120 R252312 - 32x26,2 2,9 598 5,8 3.468 15 R322958 - 50 29.900 R322950 -




40x32,6 3,7 974 5,8 5.649 10 R403758 - 50 48.700 R403750 - 50x40,8 4,6 1.460 5,8 8.468 7 R504658 - 50 73.000 R504650 - 63x51,4 5,8 2.350 5,8 13.630 4 R635858 - 75x61,4 6,8 3.256 5,8 18.885 3 R756858 - 90x73,6 8,2 4.713 5,8 27.335 2 R908258 - 110x90,0 10 7.132 5,8 41.366 2 R111058 -

producción anual nacional de metales no ferrosos

Vol(tons.) Valor (miles de $)

Producto 98/97 98/97

% 97 98 %

Total 27353976 28765067 5.2

No ferrosos 12591693.3 11417524.2 9.3

Plomo 180349.8 171610.1 4.8 1467599.0 1566113.4 6.7

Cobre 338933.1 344755.6 1.7 6320569.8 5481620.7 13.3

Zinc 377860.6 371897.8 1.6 4276869.2 3850658.7 10.0

Antimonio 1908.9 1301.2 31.8 32515.6 18961.5 41.7

Arsénico 2998.5 2572.9 14.2 18842.6 18580.7 1.4

Bismuto 1641.8 1204.3 26.7 95134.8 73178.1 23.1




Estaño 4.9 4.6 6.0 227.7 245.2 7.7

Cadmio 1871.6 1739.1 7.1 16374.0 9921.1 39.4

Tungsteno 178.7 130.4 27.1 11181.7 9361.6 16.3

Molibdeno 4841.6 5949.1 22.9 352378.9 388883.2 10.4

cotización de los metales no ferrosos

NUEVA YORK, 05 (AP) - Cotizaciones de los metales no ferrosos.

En dólares, excepto donde se indica

Aluminio - 55,2 centavos la libra, mercado de Londres.

Cobre - 70,00 placa de cátodo, en destinos de EEUU

Cobre - 66,30 centavos la libra, NY Merc. Exch.

Plomo - 48 centavos la libra,

Zinc - 5043-5093 centavos libra.

Estaño - 3,5157 jueves precio compuesto Metals Week la libra

Oro - 289,40 la onza troy, Handy & Harman (precio diario solamente)

Oro - 289,60 la onza troy, NY Merc. Exch.

Plata - 5,665 Handy & Harman (precio diario solamente)

Plata - 5,628 la onza troy, NY Merc. Exch.

Mercurio - 150,00 el frasco de 76 libras, NY

Platino - 341,00- 344,00 la onza troy, NY (contrato)

Platino - 356,40 la onza troy, NY Merc. Exch.




conclusión

El latón es el mejor material para la manufactura de muchos componentes debido a sus características únicas. Buena resistencia y el ser muy dúctil se combinan con su resistencia a la corrosión y su fácil manejo en las máquinas y herramientas. El latonado establece los estándares mediante los cuales la trabajabilidad de otros materiales es medida y también está disponible en una muy amplia variedad de productos y tamaños para lograr el maquinado mínimo de las dimensiones finales.

Como varilla o barra, el latón es fácilmente disponible para manufacturas y para almacenado. Para piezas largas frecuentemente es de gran valor, considerando la adquisición de medidas especiales de perfiles extruidos diseñados para minimizar los costos de producción subsecuentes. La manufactura de varillas de latón se puede hacer de una gran variedad de perfiles y tamaños con un mínimo de materias primas comparado con otros materiales.

El costo de troqueles para extrusiones especiales puede ser muy barato cuando es para volúmenes de producción grandes y las extrusiones de cavidad pueden salvar las operaciones de barrenado excesivo. Como en las extrusiones, el costo de troqueles para estampado caliente es mucho menor que el de las técnicas de moldeado para inyección usadas para algunos materiales.

Para puntas especiales, el estampado caliente puede proporcionar un costo muy económico. Los productores están anuentes a discutir respecto a la aleación óptima, tamaños y tolerancias desde que empiezan el diseño de los componentes.

El latón, teniendo varias combinaciones de resistencia y ductilidad, resistencia a la corrosión, maquinado, conductividad y muchos otros atributos es ampliamente usado en la manufactura de componentes y productos terminados. Los materiales alternativos se pueden considerar, pero es necesario recordar que el criterio principal a ser evaluado, es aquel que tiene que ver en general con la duración y el costo relacionado con él, más que con el costo primario de la materia prima.

El precio básico del latón puede ser más alto algunas veces, que el de algunos materiales, pero esto es solo una parte de la visión general de los costos. La disponibilidad del latón en la elaboración de algunos perfiles y extrusiones, estampados calientes y en varillas elimina muchos de los costos de maquinado requeridos para producir componentes terminados. Este hecho, combinado con el valor considerable de los desperdicios reciclados y virutas, igual resulta en productos hechos de latón más baratos que aquellos hechos con materiales




aparentemente más baratos. El latón frecuentemente tiene mayor y mejor utilidad y servicio, con la consecuente garantía que da a los clientes.

Las propiedades del latón dependen principalmente de la proporción de zinc que presente, así como la adición de pequeñas cantidades de otros metales esto es conveniente para darle distintos usos.

fuentes de información

http://www.bolidenbrass.com/prodinf_ie4.htm

http://simonellitrafilerie.com/español/present.htm

http://www.farmbrass.it/SPAGNOLO/forni_so/forni_so2.htm

http://expert.navarra.net/paghtml/wisco.htm

http://www.aceroinoxidable.com.mx/lat/laton.html

http://www.secofi.gob.mx/prod-min.htm

http://www.barbi.es/per.htm

http://www.cda.org.uk/megab2/costeff/pub117.htm

http://www.ficto.gr/Brassa.html

http://finanzas.yahoo.es/noticias/19990205/finanzas/esp-990205-134515.html

Magnesio

• Características generales del magnesio • Historia • Corrosión • Propiedades físicas y químicas

http://www.bolidenbrass.com/prodinf_ie4.htm

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http://www.cda.org.uk/megab2/costeff/pub117/section8.htm

http://www.ficto.gr/Brassa.html

http://finanzas.yahoo.es/noticias/19990205/finanzas/esp-990205-134515.html




• Sistema de producción • Aspectos económicos • Aleaciones • Fabricación, acabados y usos • Conclusiones • Fuentes de información

características generales del magnesio

El magnesio, Mg, numero atómico 12, peso atómico 24.32 esta en el grupo II del sistema periódico. El magnesio en sus diversos compuestos esta muy diseminado en la naturaleza, sus principales minerales son la dolomita la magnesita y la carnalita. El magnesio se produce por la reducción térmica del oxido de carbón, ferrosilcio u otros reductores o por la electrólisis del cloruro de magnesio en mezclas de sales fundidas.

El magnesio metálico tiene un color blanco plata, tiene de densidad aproximadamente 1.74, es el material metálico estructural mas ligero,. Para las aplicaciones de ingeniería se alea con uno o varios elementos de un grupo que comprende el cinc, aluminio, manganeso, circonio, y el cerio para producir algunas de las aleaciones que tienen las más elevadas razones de resistencia peso, entre los materiales metálicos estructurales. Las características más notables que hacen que las aleaciones de magnesio ofrezcan interés comercial son su poco peso, la facilidad con que se trabaja y la adaptabilidad a muchos procesos de fabricación y montaje. Otras características que hacen que el magnesio sea muy requerido son su buena conductividad térmica y eléctrica.

No presentan ningún peligro de toxicidad conocido. Las aleaciones de magnesio se encuentran en el comercio en casi todas las formas usuales para los metales entre ellas las siguientes: lingote, piezas fundidas en arena, moldes permanentes y en matrices, piezas forjadas, barras, varillas, tubos formas específicas de extrusión, planchas y laminas.

Los usos potenciales importantes del magnesio en operaciones no estructurales son las adiciones metalúrgicas a las aleaciones de níquel, cinc, aluminio, la adición a la fundición de hierro, el uso químico en la producción de metales.

historia




En 1808, Sir Humphrey Davy descubrió la producción de magnesio por reducción electrolítica de su oxido, usando un cátado de mercurio para formar amalgamas. Davy fue el primero que produjo magnesio. Sin embargo durante muchos años el metal fue una curiosidad del laboratorio. En 1886, se emprendió en Alemania la fabricación de magnesio por electrólisis del cloruro de magnesio fundido y hasta 1915 fue Alemania el único productor de magnesio. Cuando escaseo el magnesio en los Estados Unidos a consecuencia del bloqueo de Alemania por Inglaterra en 1915 y el precio del magnesio subió, tres productores iniciaron la fabricación y así inicio la industria del magnesio en los Estados Unidos. Después otras compañías intentaron producir magnesio pero en 1920 sólo quedaban 2 productores la Dow Chemical Company y la American Magnesium Corporation. En 1927 dejo de producir magnesio esta ultima y la Dow Chemical Company continúo sus operaciones como el único productor de magnesio en los Estados Unidos hasta el año de 1941.

Tanto estas dos empresas productoras de magnesio usaban el método electrolítico, pero con diferentes electrolitos. La primera usaba una mezcla fundida de fluoruro de magnesio. fluoruro de bario y fluoruro de sodio a la que se añadía magnesita o dolomita calcinadas. Este procedimiento se caracteriza por un rendimiento bajo en corriente y energía. El procedimiento Dow tal como se aplica en Michigan trataba salmuera bombeada de pozos profundos para obtener un material que correspondía aproximadamente al 94% de cloruro de magnesio, 1 % de oxido de magnesio y 2% de agua el resto eran impurezas. Este material se introducía en una cuba electrolítica llena de una mezcla de sales fundidas que comprendían aproximadamente el 25% de cloruro de magnesio el 15% de cloruro de calcio, el 60% de cloruro de sodio la temperatura se mantenía entre 700 y 750 grados por calentamiento con gas.

Durante el periodo 1915-1941 se hicieron muchas tentativas para elaborar procedimientos nuevos de producción del magnesio, especialmente en Europa. Por la urgente necesidad de magnesio creada por la amenaza de la segunda guerra mundial algunos de esos procedimientos fueron empleados a gran escala en Inglaterra, Canadá, Estados Unidos con fondos privados y de los gobiernos. En los Estados Unidos la Dow Chemical Company puso en marcha una planta en Texas que utilizaba como materia prima el agua de mar. En esta instalación se le agregaba cal al agua de mar para l precipitar hidróxido de magnesio, que a su vez era convertido en cloruro de magnesio y después electrolizado en un baño de sales fundidas. También en 1941 construyó una fábrica que empezó a producir magnesio por el procedimiento carbotérmico inventado por un científico austríaco. En 1943 había trece fábricas más trabajando bajo la dirección de 11 compañías, seis de esas fabricas empleaban el método electrolítico, el resto de las fabricas empleaban magnesita calcinada




que se cloraba para convertirla en cloruro de magnesio, utilizando el método empleado en Alemania.

corrosión

El magnesio, a diferencia del aluminio, no se usa mucho en forma no aleada para construcciones. En consecuencia, es la resistencia a la corrosión de las aleaciones de magnesio la que suele interesar.

Pruebas de magnesio indicaron frecuentemente que algunas aleaciones de magnesio resistían mal el ataque por el agua de mar, un estudio revelo que pequeñas cantidades de hierro, cobre, níquel, eran causa de la mala resistencia a la corrosión en el agua de mar.

propiedades físicas y químicas

El magnesio comercial tiene una pureza del 99%, con .003% de aluminio, otro tanto de cobre, .03% de hierro, .001% de níquel, .005% de silicio. Puede obtenerse un grado mayor de pureza por destilación del magnesio comercial en el vacío a temperatura relativamente baja.

sistema de producción

Se conocen varios procedimientos para producir magnesio a gran escala por electrólisis o por reducción térmica. Actualmente, para alimentar las celdas los procedimientos electrolíticos utilizan cloruro magnésico anhidro algo hidratado. Los procedimientos de reducción térmica se caracterizan por le agente reductor, que puede ser carburo de calcio, aluminio, ferrosilicio o carbón.

Procedimiento Dow

El método más económico y más importante para producir magnesio, el cual utiliza agua de mar como la materia prima más importante, el agua de mar debe estar tibia, limpia y no debe de estar diluida.

Los pasos por los cuales se efectúa la extracción del magnesio son:

Decantación:




El agua de mar pasa por una compuerta la cual deja pasar el agua, en este punto tiene una estratificación del agua de alta densidad, y del agua de baja densidad. Se añade al agua de mar cloro en cantidad que deje por lo menos. 5 p.p.m. de halógeno libre residual para impedir el desarrollo de algas marinas. Después se produce cal con conchas de ostras, la cal es convertida en lechada en un apagador rotatorio. El hidróxido de calcio es sedimentado en tanques, de los cuales se extrae una lechada rica, mientras el liquido claro que queda de vuelve a someter al ciclo. La lechada se mezcla con un poco de sosa cáustica y se diluye para facilitar el control, la mezcla de sosa cáustica y cal se agita con agua de mar en el deposito flocurador.

Filtración:

Esta operación se realiza en filtros moore, conectados a un colector central de succión, cada filtro se hace descender a un pozo lleno de lechada y durante dos horas permanece ahí y se recoge el hidróxido de magnesio. Después de sacar el cesto del pozo se lleva por medio de una grúa hasta tanques de vaciamiento, en los cuales se separa lavando las hojas del filtro con aire a presión.

Neutralización:

Este paso comienza con la disolución de lechada, que en este momento contiene aproximadamente el 25% de hidróxido de magnesio en peso, para transformarla en una lechada bombeable. Esto se realiza en homogeneizadores por agitación con una solución de cloruro de magnesio que vuelve al ciclo. La lechada resultante con una consistencia de crema, se bombea a los neutralizadores equipados con agitadores de hélice recubiertos con caucho. En el primer tanque se añade 75% del ácido necesario y todo el hidróxido de magnesio. La neutralización se completa en el segundo tanque.

Evaporación:

Esta operación se realiza la eliminación casi completa del agua de la solución del cloruro de magnesio al 15%, por evaporación y reducción en la solubilidad del cloruro de sodio. Este paso se efectúa en cuatro unidades de evaporación sumergidas del tipo de combustión colocadas en serie. cada unidad esta en comunicación con una torre de enfriamiento equipada con un precipitador electrostático. El paso siguiente es otra evaporación que se lleva a cabo en calderas de ebullición.

Secamiento:

Para eliminar el agua en exceso de la permitida para alimentar las cubas electrolíticas se calienta el liquido, de 50% de cloruro de magnesio a 170ºc en




tuberías de monel, pulverizando en ellas seis veces su peso de sólido previamente secado en una mezcladora rotatoria. El material se almacena o se usa directamente en las celdas electrolíticas, que son equipo auxiliar de los secaderos, hace pasar los gases de escape cargados de polvo por separadores calientes de ciclón para recuperar el cloruro de magnesio.

Electrólisis:

Se realiza en celdas electrolíticas Dow. Las celdas en trabajo están llenas de una mezcla de sales fundidas, que consta de 25% de cloruro de magnesio, 15% de cloruro de calcio, 60% de cloruro de sodio. El agua residual es evaporada al fundirse el material por el calor del baño. Sin ninguna dificultad puede añadirse material de alimentación que contenga de 10 al 20 % de agua a un baño que este a 700ºc , la adición se hace lenta y uniformemente.

Por electrólisis se puede producir magnesio fundido y cloro gaseoso. El magnesio sube hasta la punta del electrolito y es dirigido por placas de hierro hacia los pozos colectores situados en la parte delantera de la celda, y el metal se saca a mano de los pozos en lingotes.

aspectos económicos

Las cifras de producción de magnesio no son muy impresionantes cuando se comparan con estadísticas de la producción de hierro, aluminio y otros metales. Sin embargo, es muy importante la consideración de que el magnesio es el metal del que se dispone con más abundancia en todo el mundo. No sólo se encuentra abundante y universalmente en forma de minerales de alta calidad, sino que existe también en el mar en cantidad aproximada de 1'300,000 toneladas por kilómetro cúbico. Todo el magnesio producido hasta 1950 hubiera podido extraerse de menos de medio kilómetro cúbico de agua del mar. El mar por sí solo es un depósito infinito de magnesio.

País 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988

Australia 484 497 54 - - - -

Canadá 367 3245 4799 3338 145 136 -

Taiwan 261 376 432 21 - - -

Francia 1334 1542 703 279 704 1043 1507

Alemania 30000 32400 33600 4225 * * *

Italia 2379 2017 1380 346 1005 - -




Japón 2020 2777 2904 1104 - - -

Corea 240 532 1628 1004 - - -

Manchuria 8 251 450 200 - - -

Noruega 2000 2000 2000 - - - -

Suiza 1500 1500 1000 500 300 500 -

U.R.S.S. 5000 5000 5000 2170 3000 4000 5000

Reino Unido 14865 19096 13094 6900 1700 2500 3500

Estados Unidos

44418 166544 142518 29748 4823 11198 9075

Total 104900 237800 209600 49800 11700 19400 19300

Cifras en toneladas

*Cifra calculada, incluida en el total.

El magnesio es más barato por unidad de volumen que ningún otro metal estructural, salvo el hierro.

aleaciones

El magnesio, como la mayoría de los otros metales, es relativamente débil y blando en su estado elemental, pero se alea eficazmente con el aluminio, cinc, manganeso, estaño, circonio y cerio para producir aleaciones muy útiles como materiales de ingeniería. Casi todas las aleaciones de magnesio que han tenido éxito en la práctica llevan aluminio, cinc y manganeso, pero se usan en cantidades crecientes aleaciones que contienen circonio con cinc o elementos de las tierras raras, en especial el cerio.

El sistema que la A.S.T.M. adoptó para designar los metales ligeros y las aleaciones se está usando en las últimas especificaciones publicadas por la A.S.T.M. para las aleaciones de magnesio.

Símbolos de clave de la A.S.T.M.

A Aluminio J Fósforo R Cromo

B Bismuto K Circoino S Silicio

C Cobre L Berilio T Estaño

D Cadmio M Manganeso V Arsénico




E Cerio N Níquel W Azufre

F Hierro P Plomo Y Antimonio

G Magnesio Q Plata Z Cinc

Aunque las aleaciones de magnesio fundidas se caracterizan por una resistencia a la tracción y una resistencia a la compresión aproximadamente iguales, la resistencia a la compresión de la mayoría de las aleaciones de magnesio estiradas es inferior a la resistencia e tracción.

Las piezas fundidas en arena de aleaciones de magnesio se han producido en gran variedad de tamaños y formas.

Casi todas las aleaciones comerciales de magnesio pueden ser estiradas por extrusión en una variedad casi ilimitada de formas.

Especificaciones de los productos de magnesio

Producto A.S.T.M. Mazlo Ejercito DOW FED. A.S.T.M. Ejercito A.M.S. AERO. S.A.E.

Lingotes

-

AM80A

AZ92A

AM100A

AZ63A

M1B

AZ91A

AZ91B

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

A

C

G

H

M

R

RC

-

-

-

-

-

-

-

-

B92

B93

B93

B93

B93

B93

B93

B93

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Piezas fundidas en arena

AM90A

AZ92A

AM100A

AZ63A

M1B

AZ91C

-

AM260

-

AM265

AM403

-

-

-

-

-

-

-

A

C

G

H

M

AZ91C

-

QQ-M-56

-

QQ-M-56

QQ-M-56

-

B80

B80

B80

B80

B80

B80

-

-

-

57-74-1

-

-

-

4434

-

4420

-

-

-

ANM36C

-

ANM36A

-

MILM4204

-

500

-

50

-

-




Piezas fundidas en moldes permanentes

AZ92A

AM100A

AM260

AM240

-

-

C

G

QQ-M-55

QQ-M-55

B199

B199

57-74-2

-

4484

-

-

-

503

502

Piezas fundidas en matriz

AZ91A

AZ91B

AM263

-

-

-

R

RC

QQ-M-38

-

B94

B94

57-74-3

-

4490

-

ANM16

-

501

501ª

Extrusiones de varillas, barras y perfiles

-

AZ31B

AZ61A

M1A

AZ80A

-

AM-C52S

AM-C57S

AM3S

AMC58S

-

18

-

11

9

ZK60A

FS1

J1

M

O1

-

-

-

-

-

-

B107

B107

B107

B107

-

AXS1328

-

AXS1328

AXS1328

-

-

4350

-

-

MILM5354

ANM27

ANM24

ANM26

ANM25

-

52

520

522

523

Extrusiones de tubos

AZ31B

AZ61A

M1A

AMC52S

AMC57S

AM3S

18

-

11

FS1

J1

M

WWT825

WWT825

WWT825

B217

B217

B217

57-193

-

57-193

-

-

-

ANM72

ANM71

ANM73

52

520

522

Lámina AZ31A

M1A

AMC52S

AM3S

-

-

FS1

M

QQM44

QQM54

B90

B90

-

-

4375

4376

-

-

510

-

Piezas forjadas

TA54A

AZ31B

AZ61A

-

AZ80A

AM65S

-

AMC57S

-

AMC58S

D

-

A

C

B

-

FS1

J1

M

D1

-

-

-

-

-

B91

B91

B91

-

B91

57-159

-

57-159

57-159

57-159

-

-

-

-

-

ANM23

-

ANM20

ANM22

ANM21

53

-

531

533

532

Barras para soldadura

-

-

-

-

-

-

-

-

-

C

J1

M

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

MILR6944

MILR6944

MILR6944

-

-

-

Propiedades mecánicas de aleaciones de magnesio Dow.




Producto Aleación Estado Resistencia final a tracción

Resistencia punto cedente tracción

Alargamiento en pulgadas

Resistencia punto cedente compresión

Resistencia al corte

Dureza

Brinell/ Rockwell E

Piezas fundidas en arena y en moldes permanentes

C

H

AZ91C

F

T2

T4

T6

F

T2

T4

T6

F

T4

T6

1687

1687

2812

2812

2039

2029

2812

2812

1687

2812

2812

984

984

984

1617

984

984

984

1336

984

984

984

2

2

10

2

6

5

12

5

2

11

4

984

-

984

1617

984

-

984

1336

-

-

-

1336

1336

1406

1476

1266

1336

1336

1476

-

-

-

65/77

- /-

63/75

84/90

50/59

- /-

55/66

73/83

52/62

53/64

66/77

60/72

Piezas fundidas en matrices

R y RC F 2320 1547 3 1547 1406 60/72

Lámina

FS Y FS1

M

O

H24

F

0

H24

F

2601

2953

2601

2320

2601

2320

1547

2250

1547

1266

1969

-

21

16

21

16

7

-

1125

1898

-

844

1406

-

1476

1617

1476

1266

1195

-

56/67

73/83

· / -

48/55

56/67

- /-

Extrsiones macizas

FS Y FS1

J1

M

F

F

F

2601

3094

2390

1828

2109

1406

12

14

9

1055

1336

844

1336

1336

1266

49/57

60 /72

44 /45




O1

ZK60A

F

T5

F

T5

3375

3656

3445

3586

2250

2531

2672

2953

12

5

12

10

-

2320

2320

2390

1547

1687

1687

1757

60 /77

82/ 88

75 /84

82/ 88

Extrusiones, formas huecas

FS Y FS1

J1

M

ZK60A

F

F

F

T5

2883

2250

3234

3656

1687

1406

2390

3094

13

8

11

9

1125

703

1687

2109

-

-

-

-

50/ 60

42/ 41

75/ 84

82/ 88

Extrusiones, tubos

FS Y FS1

J1

M

ZK60A

F

F

F

F

T5

2461

28883

2250

3234

3656

1617

1406

1406

2390

3094

12

13

6

11

9

1055

1055

703

1687

2390

-

-

-

-

-

46/ 51

50 /60

42 /41

75/ 84

82 /88

Propiedades físicas de las aleaciones de magnesio

Composición nominal, % Propiedades Físicas

Producto Aleación Estado Al Zn Mn, Zr Densidad P.f. °C

Resistividad a 20° C microohmios cm

Piezas fundidas en arena y moldes permanentes

C

H

AZ91C

F,T2,T4,T6

F,T2,T4,T6

F, T4,T6

9.0

6.0

9.0

2.0

3.0

0.6

-

-

-

1.82

1.83

1.81

599

613

601

16.0

11.5

17.0

Piezas fundidas en matrices

R Y RC F 9.0 0.6 - 1.81 604 17.0

Lámina FS Y FS1

M

O,H24,F

0,H24,F

3.0

-

1.0

-

-

Mn, 1.2

1.77

1.76

627

649

10.0

5.0

Extrusiones macizas

FS Y FS1 F 3.0 1.0 - 1.77 627 10.0




J1

M

O1

ZK60A

F

F

F, T5

F, T5

6.5

-

8.5

-

1.0

-

0.5

5.7

-

Mn, 1.2

-

Zr, 0.55

1.80

1.76

1.80

1.83

619

649

610

635

12.5

5.0

14.5

-

Extrusiones, formas huecas

FS Y FS1

J1

M

ZK60A

F

F

F

F,T5

3.0

6.5

-

-

1.0

1.0

-

5.7

-

-

Mn. 1.2

Zr, 0.55

1.77

1.80

1.76

1.83

627

618

649

635

10.0

12.5

5.0

-

Extrusiones, tubos

FS Y FS1

J1

M

ZK60A

F

F

F

F,T5

3.0

6.5

-

-

1.0

1.0

-

5.7

-

-

Mn, 1.2

Zr, 0.55

1.77

1.80

1.76

1.83

627

618

649

635

10.0

12.5

5.0

-

fabricación acabados y usos

La aplicabilidad de procedimientos de fabricación primaria y secundaria a las aleaciones de magnesio, unida a la posibilidad de emplear todos los procedimientos de vaciado, hace que esas aleaciones se encuentren en el comercio e casi tosa las formas comunes a otros metales y otra aleaciones empleadas en Ingeniería.

Casi todas las operaciones de fusión del magnesio exigen el uso de fundentes para impedir la oxidación excesiva. Los fundentes obran como agentes de limpieza y eliminan del metal los óxidos y otras impurezas.

La extrusión se usa para producir barras, perfiles estructurales, tubos y formas especiales.

Las piezas de magnesio forjadas suelen hacerse por medio de operaciones de forja de prensa, aunque se hacen también algunas piezas forjadas con martillo. Las temperaturas de forjado son aproximadamente las mismas que se emplean para extrusión.




Se ha extendido mucho la producción de piezas fundidas en arena con aleaciones de magnesio. Es necesario adoptar algunas precauciones especiales en la fundición con moldes de arena verde parea impedir una reacción excesiva con el oxígeno del aire y la humedad.

El remachado es el método más frecuentemente usado para unir piezas hechas con láminas o por extrusión. Sin embargo, los remaches no se hacen con aleaciones de magnesio, porque éstas se endurecen rápidamente por el trabajo mecánico y al endurecerse se hacen quebradizas.

Acabados

Las piezas y las estructuras hechas con aleaciones de magnesio suelen acabarse por procedimientos que implican la limpieza, el acondicionamiento de la superficie, tratamientos químicos o electroquímico y pintura. También se aplica en algún grado la galvanostegia.

Usos

El magnesio no aleado se usa en la industria metalúrgica como desoxidante para metales y aleaciones como níquel, plata, mónel, latón y bronce.

En las aleaciones con base de níquel, el magnesio se combina también con azufre y así mejora la maleabilidad.

El magnesio aleado con aluminio forma algunas aleaciones de aluminio más resistentes.

Combinado con el níquel u otros metales, el magnesio se añade a la fundición de hierro gris para producir hierro colado dúctil.

Sus propiedades pirotécnicas, cuando está en forma de polvo, hacen que sea apropiado para señales marinas y e ferrocarriles.

El magnesio se usa también en síntesis orgánicas y en el procedimiento Kroll para producir titanio.

Las aplicaciones especiales del magnesio en el campo de la metalurgia y en el de la Química son importantes; pero la mayor parte del magnesio usado actualmente está en forma de aleaciones.

conclusiones

El estar enterados de que el magnesio es un metal moderadamente duro, argénteo y que se fabrica rápidamente por todos los métodos estándar, nos




hace caer en la cuenta de que es uno de los metales no ferrosos más importantes y el más ligero de los metales estructurales.

Al realizar este trabajo de investigación pudimos notar también que el magnesio es un fuerte agente oxidante y que el oxígeno y la humedad lo puede dañar considerablemente; su conductividad eléctrica es similar a la del aluminio, por lo que al alearse crean materiales de muy alta calidad.

Aunque este metal se usa mucho en la industria hay que tener en cuenta que no se disuelve en agua, pero es soluble en ácidos por lo que es inflamable y el riesgo de trabajarlo es bastante alto, ya que, puede producir incendios y sólo se pueden apagar con arena o talco, al utilizarlo, será necesario tomar las medidas de seguridad necesarias.

Este metal ha sido y será uno de los más necesarios en la industria, siendo así que ha causado conflictos entre países el caso es entre Estados Unidos y Alemania que por querer alcanzar la mayor producción de magnesio se enfrentaron varias veces, ganando los norte americanos y obteniendo uno de los métodos más eficientes para extraer el magnesio.

Cabe mencionar que el magnesio es el constituyente atómico característico de la clorofila.


Alico, J., Introducción al magnesio y sus aleaciones, Ziff- Davis, Chicago, 1985

Bulian, W., y Fahrenhorst, E., Metalografía del magnesio y sus aleaciones, Hughes, Londres, 1984

Winston, AQ. W., Trans. Electroquímica. Soc., 86, 15 pags (1944)

KIRK, Manual de elementos químicos.

Estaño




• Historia • Propiedades y estado natural • Combinación y aplicación • Sistema de producción • Costos • Conclusión • Fuentes de información

historia

El uso más antiguo del estaño fue el bronce esta aleación que consiste en cobre y estaño se desarrolla alrededor del año 3000 a.c. en Mesopotamia y Egipto. Donde en Mesopotamia se le conoció como la edad del Bronce que desplazo a la Edad de Piedra, debido a que se descubrió que el cobre aleado con el estaño produjo el bronce que es un material más maleable y resistente. A partir del año 2000 a de C empezó a extenderse por Europa y Asia el conocimiento del bronce un milenio mas tarde comenzó a usarse el hierro.

En la actualidad los recubrimientos de aleaciones de estaño se han convertido en un esencial material de fabricación de circuitos electrónicos e intervienen también en la fabricación de piezas de bisutería, instrumental quirúrgico y relojería. Tan profusas aplicaciones hacen que la producción de estaño se vea rígidamente controlada en función de la demanda de la industria.

propiedades y estado natural

El estaño es un elemento químico de símbolo Sn, que pertenece al grupo IV de la tabla periódica. Su número atómico es 50 y su peso atómico 118,69. Forma compuestos estannosos (Sn) y estannicos (Sn), así como sales complejas de los tipos estannito y estannato.

Se puede alear fácilmente con casi todos los metales. En la naturaleza se puede hallar en estado nativo, pero generalmente se encuentra en forma de oxido estannoso, de formula son Sn O, que como agregado mineral se conoce con el nombre de casiterita. Por lo que respecta a sus características físicas, el estaño es un metal no tóxico, blando y dúctil. Funde a 231.88 C es altamente fluido en estado fundido lo que facilita su uso como revestimiento de otros metales. Reacciona con ácidos y bases fuertes, pero es relativamente inerte frente a soluciones neutras.

Expuesto a ambientes exteriores e interiores mantiene su color blanco plateado por su notable resistencia a la corrosión. Existe dos formas alotrópicas (distintas estructuras cristalinas): estaño blanco (forma Beta) y




estaño gris (forma alfa). La temperatura de transformación entre ambas es de 13.2 C, aunque el cambio estructural solamente tiene lugar si el metal es de gran pureza. La transformación inversa se produce a baja temperatura.

combinaciones y aplicación

Del estaño se obtienen con facilidad fases intermetálicas (aleaciones de dos o más metales) duras y frágiles.Pequeñas aplicaciones de trabajado mecánico aumentan la dureza. Sin embargo, como consecuencia de la baja temperatura de recristalizacion, la mayoría de las aleaciones de estaño se ablandan espontáneamente a la temperatura ambiente.

Los elementos de aleación como el cobre, el antimonio, el bismuto, el cadmio o la plata aumentan su dureza. Las aleaciones mas utilizadas son las soldaduras blandas, que se emplean para cierres y juntas de metales; el material de aportación es una aleación de estaño y cobre. El material de aportación para usos especiales se contribuye de aleaciones de estaño, antimonio, plata, indio, y zinc. La combinación de bismuto y cadmio con estaño y plomo produce aleaciones con bajo punto de fusión, que se emplean como fusibles para extintores de fuego, tapones de calderas, etc. Las aleaciones de cobre y estaño reciben el nombre genérico de bronces y pueden llevar o no elementos de modificación como zinc, plomo o manganeso.

El estaño se emplea por su ductilidad, suavidad de superficie, resistencia a la corrosión y cualidades higiénicas principalmente en chapas, tubos, alambres y tubos plegables. También se puede utilizar como revestimiento de acero y cobre. La banda de acero revestida de estaño denominada hojalata constituye uno de los materiales empleados con mayor profusión en la industria conservera. Para su fabricación, el revestimiento de estaño se puede aplicar por inmersión en cubetas de metal fundido o por electroposicion.

sistema de producción

Electroposicion

Este procedimiento consiste en depositar un metal sobre el polo negativo o cátodo de una solución de sus iones y permite obtener recubrimientos de muy bajo espesor. Algunos compuestos del estaño, tanto inorgánicos como orgánicos, han encontrado aplicación en el campo de la cerámica (vidriados especiales) y en el tratamiento e investigación de materiales plásticos. Infortunadamente, el estaño, rara vez se encuentran en estado puro y en cantidades comerciales. En virtud de que deben ser separados de la ganga antes de que el mineral se pueda reducir se efectuará un proceso conocido




como preparación del mineral. Uno de los métodos para concentrar o "preparar el mineral" es familiar a quienes han lavado oro. En virtud de que los metales y los compuestos metálicos son más pesados que la ganga, se depositarán en el fondo con más rapidez, si dicha mezcla se agita en el agua. Se han desarrollado métodos especiales para acelerar la acumulación de compuestos metálicos utilizando este principio.

En otro método de "preparación del mineral", el mineral y la ganga se pulverizan finamente y se mezcla con agua. Se añade una cierta cantidad de aceite específico y se induce un mezclado violento. Aparece una acción espumante y los compuestos metálicos quedan suspendidos en la espuma de donde son extraídos para ser procesados.

costos

La manera en que se vende en las ferreterías es en carretes y en barra que es una aleación con 50% de estaño y 50% de plomo y se utiliza para soldar.

El costo de la barra es de $25 la tiene las siguientes dimensiones:

• 20 cm de largo • 1 cm de ancho • 0.3 cm de alto.

El costo del carrete es de $50 y tiene las siguientes dimensiones:

• 7 m de largo • Diámetro de 0.2 cm.

Conclusión

Debido a que el estaño es un mineral no ferroso su obtención es más difícil por que se encuentra combinado con otros minerales.

Sé observa que el estaño se tiene que alear con otros metales dependiendo de lo que se requiera.

En lo que más se utiliza es en la soldadura blanda de tubos de cobre, para la conservación de alimentos enlatados en algunas industrias.




México produce en promedio al año de estaño refinado, 972 toneladas.


GROOVER. Fundamentos de procesos de manufactura 2 ed. Prenctice Hall 114, 141 pp.

AUDIO VISUAL COMBI. Tomo 8,9,10.

Victoria Anadrade. GEOGRAFIA 3. 8va ed. Trillas. 264 pg .

Enciclopedia HISPANICA tomo 6.

PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DEL ZINC

Recepción y almacenamiento de concentrados

La principal materia prima de la fábrica de zinc está constituida por concentrados de sulfuro de zinc, procedentes de diferentes minas. Además de los concentrados sulfurados de zinc, se recibe la calcine

Tostación y depuración de gases

La tostación del concentrado se realiza en tres hornos, del tipo denominado de lecho fluido, cuyas capacidades de tostación son 300, 400, y 850 toneladas diarias de concentrados.




En esta fase, el concentrado se tuesta con aire, formándose óxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido de azufre gaseoso (SO2), que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4) una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos de tostación. Asimismo se origina vapor de agua que se emplea para la autogeneración de energía eléctrica así como fuente de calor en las etapas de lixiviación y purificación. Las diversas fracciones de calcine, tras ser refrigeradas y, en su caso, molidas, se transportan a unos silos de almacenamiento.

El gas exento de calcine es tratado en torres de lavado para eliminar los componentes que puedan interferir en la producción de ácido sulfúrico. Igualmente se elimina el agua que pudiera ser arrastrada con la corriente gaseosa en los denominados precipitadores electrostáticos de gas de húmedo. Seguidamente el gas se envía a las plantas de ácido sulfúrico.

Plantas de ácido sulfúrico

El SO2 contenido en la corriente de gas impuro procedente del horno de tostación, se transforma en primer lugar en trióxido de azufre, debido a la reacción con el oxígeno en la torre de catálisis. Posteriormente, en la denominada torre de absorción intermedia, el trióxido de azufre resultante se absorbe en ácido sulfúrico del 99% de concentración, transformándose en ácido sulfúrico concentrado apto para uso en todo tipo de industrias, ya que las instalaciones están dotadas de un sistema de depuración de gases que permite la eliminación del mercurio, con carácter previo a su entrada en la planta de ácido.

Lixiviación

El zinc y los otros metales contenidos en la calcine se disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación neutra y lixiviación ácida.

En la etapa de lixiviación neutra se disuelve la mayor parte de la calcine, excepto las ferritas de zinc (óxido de hierro y zinc) en ella contenidas. Mediante la utilización de espesadores se separan los sólidos no disueltos de la disolución de sulfato de zinc. La disolución clarificada se envía a la etapa de purificación, mientras que los sólidos no disueltos se someten a la etapa de lixiviación ácida.

La lixiviación ácida se realiza a una temperatura próxima a la de ebullición. De esta forma, se disuelven todos los metales excepto los que forman compuestos insolubles en medio sulfúrico, como el plomo, calcio y sílice. La disolución así obtenida se somete a un proceso de hidrólisis, tras el que se forma un sulfato básico de hierro insoluble llamado jarosita, que en unión de los metales no disueltos en esta segunda etapa constituyen el residuo final del proceso. Este residuo, después de una decantación en espesadores y posterior filtración, es enviado por bombeo a la balsa de residuos.




Purificación

La disolución de sulfato de zinc procedentes de la etapa de lixiviación neutra se trata mediante un proceso continuo realizado en dos etapas, para eliminar otros metales disueltos, como el cobre, el cadmio o el cobalto, que se recuperan como subproductos. Una vez realizada la filtración, la disolución de sulfato de zinc se enfría mediante torres de refrigeración y se bombea al tanque de almacenamiento de electrolito.

Electrólisis

El departamento de electrólisis engloba tres salas de operaciones, dos de ellas con una capacidad de 100.000 toneladas anuales y cátodos de tamaño estándar y arrancado semiautomático, y una tercera sala, puesta en funcionamiento el 14 de mayo de 1991, con una capacidad de 110.000 Tm. anuales, que está totalmente automatizada y sus controles se llevan a cabo mediante proceso electrónico. Esta sala se realizó mediante la aplicación de tecnología propia desarrollada por Asturiana de Zinc, S.A., y está considerada como una de las más modernas y de mayor eficiencia productiva del mundo.

En esta fase del proceso, se produce el paso de una corriente eléctrica a través de la disolución purificada de sulfato de zinc, originándose el zinc metálico puro, que se deposita sobre laminas de zinc resultantes se arrancan automáticamente y son transportadas para su fusión y colado.

Fusión y colada

Las láminas de zinc producidas por electrólisis son fundidas en hornos de inducción eléctrica. Una vez fundido el zinc, se envía a las maquinas de colada con el objeto de producir las diversas formas comerciales de lingote que requiere el mercado.

En el mismo departamento existen varios hornos en los que el zinc se combina con otros metales para producir aleaciones para fundición a presión, colada por gravedad, galvanización, laminación y otros. Los distintos lingotes que se producen, tanto de zinc como de las distintas aleaciones, se apilan, pesan y empaquetan de forma automática.

Todos los hornos se encuentran conectados a un sistema de depuración de gases para eliminar el polvo que éstos contienen antes de emitirse a la atmósfera.

Su actividad consiste en la tostación de concentrados de zinc (sulfuro de zinc), obteniendo como productos finales óxido de zinc (calcine) y anhídrido sulfuroso líquido.

Proceso productivo




El concentrado de zinc procedente de las mina, previamente a su tostación, sufre un secado y molienda.

La tostación de la blenda se realiza en un horno Flash a temperaturas de unos 1.000C, pudiendo tratar al día entre 190 y 200 Tm., con un volumen entre 26.000 y 28.000 m3/h.

El residuo sólido del proceso es el óxido de zinc (calcine), que se envía a la planta de zinc electrolítico.

Los gases procedentes de la tostación se concentran eliminando el oxígeno y el nitrógeno, que son los gases que lo diluyen. Este proceso se fundamenta en la absorción selectiva que la dimentilanilina (DMA) tiene sobre el anhídrido sulfuroso, dejando libre el resto de los gases, que se realiza en una torre de absorción del anhídrido sulfuroso y la DMA, en una segunda torre, mediante aporte calorífico.

El anhídrido sulfuroso líquido obtenido se seca con ácido licuado posteriormente mediante una batería de compresores y condensadores antes de almacenarlos para su comercialización.

La producción diaria de la planta es de aproximadamente 165Tm. de calcine y 105Tm. de anhídrido sulfuroso líquido, con una pureza superior al 99,95%.

PRODUCTOS COMERCIALES:

Lingote de zinc 99.995 (%Zn) Aleación base zinc Zamak 2 Aleación base zinc Zamak 3 Aleación base zinc Zamak 5 Aleación base zinc Cayem 1 Aleación base zinc Cram 22 Aleación base zinc ZA 8 Aleación base zinc ZA 12 Aleación base zinc ZA 27 Aleación base zinc-cobre titanio Zinc para metalización Polvo de zinc Oxido de zinc Cadmio Cobre Mercurio Oxido de germanio Ácido sulfúrico Anhídrido sulfuroso líquido

Las actividades industriales de producción son las siguientes:

• Metales: zinc electrolítico, cobre electrolítico, cadmio, mercurio.




• Aleaciones de zinc para fundición a presión, colada por gravedad, galvanización, electrozincado, protección catódica y laminación.

• Productos químicos: ácido sulfúrico, polvo de zinc, óxido de zinc, óxido de germanio, sulfato de cobre.

Diagrama del Proceso de obtención del Zinc

Bibliografía:

• http://www.azsa.es/presentacion/3esp.html

http://www.azsa.es/presentacion/3esp.html



Tema VI Procesos de fundición

• Fundición a la arena. Arena, moldes, modelos, corazones y terminado • Procesos especiales de fundición

Fundición a la arena. Arena, moldes, modelos, corazones y terminado

El proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce como proceso de fundición. Este proceso se ha practicado desde el año 2000 a.C. Consiste en vaciar metal fundido en un recipiente con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar a que se edurezca al enfriarse.

Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades:

1. Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas 2. Diseño del molde 3. Preparación de los materiales para los modelos y los moldes 4. Fabricación de los modelos y los moldes 5. Colado de metal fundido 6. Enfriamiento de los moldes 7. Extracción de las piezas fundidas 8. Limpieza de las piezas fundidas 9. Terminado de las piezas fundidas 10. Recuperación de los materiales de los moldes

Moldes temporales

Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentes materiales como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el primer caso se les conoce como moldes temporales y los que se pueden utilizan varias veces, se les conoce como moldes permanentes.

Modelos desechables y removibles

Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso, arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstos son disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles.




Fundición en moldes de arena

Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es la arena sílica o arena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y dejar que seque hasta que adquiera dureza.

Fundición en moldes de capa seca

Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción de que alrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace más dura a la arena, este compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. El material que sirve para endurecer puede ser aplicado por medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha.

Fundición en moldes con arena seca

Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, pero se mezcla un aditivo como el que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldes deben ser cocidos en un horno para eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas de fundición, como las que se muestran más adelante. Estos moldes tienen mayor resistencia a los golpes y soportan bien las turbulencias del metal al colarse en el molde.

Fundición en moldes de arcilla

Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materiales cerámicos, son utilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho tiempo para su fabricación y no son muy utilizados.

Fundición en moldes furánicos

Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Están fabricados con arena seca de grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúa como acelerador en el endurecimiento, al agregarse a la mezcla una resina llamada furánica. Con esta mezcla de ácido, arcilla y resina en dos horas el molde se endurece lo suficiente para recibir el metal fundido.

Fundición con moldes de CO2

En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de




sodio aumentando la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible, para posteriormente ser cerrado y utilizado.

También los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el que se fabrican.

1. Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños y se fabrican en un banco que se encuentre a la mano del trabajador.

2. Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que su manejo es difícil y no pueden ser transportadas de un sitio a otro.

3. Moldeo en fosa. Cuando las piezas son extremadamente grandes y para su alimentación es necesario hacer una fosa bajo el nivel medio del piso.

Ventajas de los modelos desechables

1. Para la fabricación de moldes sin máquinas de moldeo se requiere menos tiempo.

2. No requieren de tolerancia especiales. 3. El acabado es uniforme y liso. 4. No requiere de piezas sueltas y complejas. 5. No requiere de corazones 6. El moldeo se simplifica notablemente.

Desventajas de los modelos desechables

1. El modelo es destruido en el proceso de fundición. 2. Los modelos son más delicados en su manejo. 3. No se puede utilizar equipo de moldeo mecánico. 4. No se puede revisar el acabado del molde.

Partes de un molde

1. Vasija de vaciado. Entrada del metal fundido al molde.




2. Bebedero. Conducto por el cual baja el metal fundido para la alimentación del metal al molde.

3. Corredor alimentador. Vasija inferior que permite la entrada del material a la cavidad. En algunos casos se coloca un rebosadero antes del corredor alimentador para que se atrape la escoria o partículas extrañas del metal fundido.

4. Rebosaderos. Son espacios que pueden ser ciegos o abiertos y que sirven para permitir que la escoria del material fundido flote y sea atrapada. También sirven para conocer si el material llenó en su totalidad la cavidad del molde.

Tolerancias en los modelos

En el diseño de los modelos que se utilizan para construir un molde es necesario tener en consideración varias tolerancias.

1. Tolerancia para la contracción. Se debe tener en consideración que un material al enfriarse se contrae dependiendo del tipo de metal que se esté utilizando, por lo que los modelos deberán ser más grandes que las medidas finales que se esperan obtener.

2. Tolerancia para la extracción. Cuando se tiene un modelo que se va a remover es necesario agrandar las superficies por las que se deslizará, al fabricar estas superficies se deben considerar en sus dimensiones la holgura por extracción.

3. Tolerancia por acabado. Cuando una pieza es fabricada en necesario realizar algún trabajo de acabado o terminado de las superficies generadas, esto se logra puliendo o quitando algún material de las piezas producidas por lo que se debe considerar en el modelo esta rebaja de material.

4. Tolerancia de distorsión. Cuando una pieza es de superficie irregular su enfriamiento también es irregular y por ello su contracción es irregular generando la distorsión de la pieza, estos efectos deberán ser tomados en consideración en el diseño de los modelos.

5. Golpeteo. En algunas ocasiones se golpean los modelos para ser extraídos de los moldes, acción que genera la modificación de las dimensiones finales de las piezas obtenidas, estas pequeñas modificaciones deben ser tomadas en consideración en la fabricación de los modelos.

Observe que cuando se utilizan modelos disponibles muchas de las tolerancias antes mencionadas no son aplicables.

Procesos especiales de fundición




Fundición en moldes metálicos

La fundición en moldes permanentes hechos de metal es utilizada para la producción masiva de piezas de pequeño o regular tamaño, de alta calidad y con metales de baja temperatura de fusión. Sus ventajas son que tienen gran precisión y son muy económicos, cuando se producen grandes cantidades. Existen varios tipos de moldes metálicos utilizados para la fabricación de piezas por lo regular de metales no ferrosos, a continuación se mencionan algunos de los más utilizados.

1. Fundición en matrices

En este proceso el metal líquido se inyecta a presión en un molde metálico (matriz), la inyección se hace a una presión entre 10 y 14 Mpa, las piezas logradas con este procedimiento son de gran calidad en lo que se refiere a su terminado y a sus dimensiones. Este procedimiento es uno de los más utilizados para la producción de grandes cantidades de piezas fundidas. Se pueden utilizar dos tipos de sistema de inyección en la fundición en matrices.

• Cámara caliente • Cámara fría

El procedimiento de fusión en cámara caliente se realiza cuando un cilindro es sumergido en el metal derretido y con un pistón se empuja el metal hacia una salida la que descarga a la matriz. Las aleaciones más utilizadas en este método son las de bajo punto de fusión como las de zinc, estaño y plomo. Las piezas que se producen son de 20 a 40 kg y se llegan a manejar presiones superiores a los 35 Mpa. Es un proceso rápido que se puede fácilmente mecanizar.

Fundición con cámara caliente




El proceso con cámara fría se lleva metal fundido por medio de un cucharón hasta un cilindro por el cual corre un pistón que empuja al metal a la matriz de fundición, las piezas obtenidas son de unos cuantos gramos a 10 kg y sólo es recomendable en trabajos de poca producción.

2. Fundición en cámara fría

Fundición con molde permanente por gravedad

Este tipo de fundición es utilizado para piezas en las que la calidad de terminado y dimensional no está sujeto a restricciones de calidad, debido a que la única fuente de energía que obliga al metal a llenar la cavidad del molde es la fuerza de la gravedad, un ejemplo de la utilización de este método el la fabricación de lingotes de metal.

La fusión de moldes de baja presión

Es un sistema de fusión que consiste en la colocación de un tallo sobre un crisol sellado, al inyectar presión al centro del crisol la única salida del metal fundido será el tallo por lo que se genera el flujo del metal por el tallo hasta que se llena la matriz y se forma la pieza.

Con este procedimiento se pueden fabricar piezas hasta de 30 kg y es rentable para grandes cantidades de piezas sin grandes requerimientos de calidad.




Fundición a vacio

3. Fundición hueca

Es un sistema de producción de piezas metálicas huecas sin corazones fijos. Consiste en vaciar metal fundido en un molde que es volteado cuando se empieza a solidificar el metal. El metal que no se ha solidificado sale del molde para ser utilizado en otra pieza y el metal solidificado forma las paredes de la pieza. El resultado son paredes delgadas de metal.

4. Fundición prensada o de Corthias

Es un proceso para producir piezas huecas pero de mayor calidad que la fundición hueca. Se vacía una cantidad específica de metal fundido en el interior de un molde con un extremo abierto por el que se introduce un corazón que obliga al metal fundido a distribuirse uniformemente en todo el molde, una vez que empieza a solidificarse el metal del molde, se extrae el corazón, lo que origina una pieza de buena calidad. Este sistema de fundición es considerado como artesanal y sólo es rentable cuando se van a fabricar pocas piezas.

Fundición centrífuga

La fundición centrífuga es un método en el que aprovecha la fuerza centrífuga que se puede general al hacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tres tipos de fundición centrífuga:

I. Fundición centrífuga real II. Fundición semicentrífuga




III. Centrifugado

I. Fundición centrífuga real

Es el procedimiento utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y objetos simétricos, los moldes se llenan del material fundido de manera uniforme y se hace girar al molde sobre su eje de rotación.

II. Fundición semicentrífuga

Es un método en el que el material fundido se hace llegar a los extremos de los moldes por la fuerza centrífuga que genera hacer girar a los moldes, los extremos se llenan del material fundido, con buena densidad y uniformidad. El centro tiene poco material o de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente.

III. Centrifugado

Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de piezas colocadas simétricamente en la periferia. Al poner a girar el sistema se genera fuerza centrífuga la que es utilizada para aumentar la uniformidad del metal que llena las cavidades de los moldes.




Procesos de fundición especiales

Proceso de fundición a la cera perdida

Es un proceso muy antiguo para la fabricación de piezas artísticas. Consiste en la creación de un modelo en cera de la pieza que se requiere, este modelo debe tener exactamente las características deseadas en la pieza a fabricar. El modelo de cera es cubierto con yeso o un material cerámico que soporte el metal fundido. Para que seque ese material cerámico se introduce a un horno, con ello el material cerámico se endurece y el modelo de cera se derrite. En el molde fabricado se vacía el metal fundido y se obtiene la pieza deseada. Es un proceso que es utilizado para la fabricación de piezas ornamentales únicas o con muy pocas copias.

Proceso de cáscara cerámica

Es un proceso parecido al de la cera perdida, sólo que en este proceso el modelo de cera o un material de bajo punto de fusión se introduce varias veces en una lechada refractaria (yeso con polvo de mármol) la que cada vez que el modelo se introduce este se recubre de una capa de la mezcla, generando una cubierta en el modelo. Posteriormente el modelo y su cáscara se meten en un horno con lo que el material refractario se endurecerá y el modelo se derrite. Así se tiene un molde listo para ser llenado con un metal y producir una fundición sólida o hueca.

Fundición en molde de yeso




Cuando se desea la fabricación de varios tipos de piezas de tamaño reducido y de baja calidad en su terminado superficial, se utiliza el proceso de fundición en molde de yeso. Este consiste en la incrustación de las piezas modelo que se desean fundir, en una caja llena con pasta de yeso, cuando se ha endurecido el yeso, se extraen las piezas que sirvieron de modelo y por gravedad se llenan las cavidades con metal fundido. El sistema anterior puede producir grandes cantidades de piezas fundidas con las formas deseadas.




Tema VII Tratamientos térmicos

• Endurecimiento del acero • Temple (revenido) • Recocido • Cementado • Carburización por empaquetado • Carburización en baño líquido • Carburización por gas • Carbonitrurado, cianurado y nitrurado • Práctica de tratamientos térmicos

El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.

Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - hierro - carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.

Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión.

Endurecimiento del acero

El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad.

El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 1450 °F y 1525 °F (790 a 830 °C) lo cual se identifica cuando el metal adquiere el




color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.

Temple (revenido)

Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver tabla), para después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla.

Tabla de temperaturas para templar acero endurecido

Color Grados F Grados C Tipos de aceros




Paja claro 430 220 Herramientas como brocas, machuelos

Paja mediano 460 240 Punzones dados y fresas Paja oscuro 490 255 Cizallas y martillos Morado 520 270 Árboles y cinceles para madera Azul oscuro 570 300 Cuchillos y cinceles para acero Azul claro 600 320 Destornilladores y resortes

Recocido

Cuando se tiene que maquinar a un acero endurecido, por lo regular hay que recocerlo o ablandarlo. El recocido es un proceso para reducir los esfuerzos internos y ablandar el acero. El proceso consiste en calentar al acero por arriba de su temperatura crítica y dejarlo enfriar con lentitud en el horno cerrado o envuelto en ceniza, cal, asbesto o vermiculita.

Cementado

Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el método de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crítica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. Los tres métodos de cementación más comunes son: empacado para carburación, baño líquido y gas.

Carburización por empaquetado

Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbónico en una caja cerrada con material carbonáceo y calentarlo hasta 1650 o 1700 °F (900 a 927 °C) durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbón que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Entre más tiempo se deje a la pieza en la caja con carbón de mayor profundidad será la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfría rápidamente en agua o salmuera. Para evitar deformaciones y disminuir la tensión superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 1400 y 1500 °F (rojo cereza) y proceder al enfriamiento por inmersión. La capa endurecida más utilizada




tiene un espesor de 0.38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 4 mm.

Carburización en baño líquido

El acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro de sodio líquido. También se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 1500 °F (845 °C) durante 15 minutos a 1 hora, según la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorberá el carbono y el nitrógeno del cianuro. Después se debe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0.75 mm.

Carburización con gas

En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementación. La pieza de acero con bajo contenido carbónico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas natural. El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 1650 y 1750 °F (900 y 927 °C). Después de un tiempo predeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la pieza y se recalienta a 1400 °F (760 °C) y se enfría con rapidez en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran piezas cuya capa dura tiene un espesor hasta de 6 mm, pero por lo regular no exceden de 0.7 mm.

Carburado, cianurado y nitrurado

Existen varios procedimientos de endurecimiento superficial con la utilización del nitrógeno y cianuro a los que por lo regular se les conoce como carbonitrurado o cianurado. En todos estos procesos con ayuda de las sales del cianuro y del amoniaco se logran superficies duras como en los métodos anteriores.




Tema VIII Procesos de soldadura

• Soldadura blanda • Soldadura fuerte • Soldadura por forja • Soldadura con gas • Soldadura por resistencia • Soldadura por inducción • Soldadura por arco eléctrico • Soldadura por arco con hidrógeno atómico • Soldadura por arco con gas protector • Soldadura por vaciado • Soldadura por fricción • Soldadura por explosión

La soldadura es un proceso para la unión de dos metales por medio de calor y/o presión y se define como la liga metalúrgica entre los átomos del metal a unir y el de aporte.

Existen diversos procesos de soldadura los que difieren en el modo en que se aplica el calor o la energía para la unión. A continuación se presenta una manera general de agruparlos:

1. Soldadura blanda 2. Soldadura fuerte 3. Soldadura por forja 4. Soldadura con gas 5. Soldadura con resistencia 6. Soldadura por inducción 7. Soldadura por arco 8. Soldadura por vaciado 9. Soldadura por fricción 10. Soldadura por explosión

Para lograr la soldadura algunos procesos requieren sólo de fuerza para la unión, otros requieren de un metal de aporte y energía térmica que derrita a dicho metal. Cada uno de los diferentes procesos de soldadura tiene sus características de ingeniería particulares y sus costos específicos.

Existen diferentes tipos de uniones de los materiales, estas uniones se conocen como juntas y van desde las elementales hasta las más complejas, a




continuación se observan algunas de las juntas de soldadura más comunes. Su aplicación dependerá fundamentalmente del tipo de material a utilizar, la apariencia de la unión y del uso que se dará a la unión.

Soldadura blanda

Es la unión de dos piezas de metal por medio de otro metal llamado de aporte, éste se aplica entre ellas en estado líquido. La temperatura de fusión de estos metales no es superior a los 430ºC. En este proceso se produce una aleación entre los metales y con ello se logra una adherencia que genera la unión. En los metales de aporte por lo regular se utilizan aleaciones de plomo y estaño los que funden entre los 180 y 370ºC.

Este tipo de soldadura es utilizado para la unión de piezas que no estarán sometidas a grandes cargas o fuerzas. Una de sus principales aplicaciones es la unión de elementos a circuitos eléctricos. Por lo regular el metal de aporte se funde por medio de un cautín y fluye por capilaridad.

Soldadura fuerte

En esta soldadura se aplica también metal de aporte en estado líquido, pero este metal, por lo regular no ferroso, tiene su punto de fusión superior a los 430 ºC y menor que la temperatura de fusión del metal base. Por lo regular se requiere de fundentes especiales para remover los óxidos de las superficies a unir y aumentar la fluidez al metal de aporte. Algunos de los metales de aporte son aleaciones de cobre, aluminio o plata. A continuación se presentan algunos de los más utilizados para las soldaduras denominadas como fuertes:

1. Cobre. Su punto de fusión es de 1083ºC. 2. Bronces y latones con punto de fusión entre los 870 y 1100ºC. 3. Aleaciones de plata con temperaturas de fusión entre 630 y 845ºC. 4. Aleaciones de aluminio con temperatura de fusión entre 570 y 640ºC

La soldadura dura se puede clasificar por la forma en la que se aplica el metal de aporte. A continuación se describen algunos de estos métodos:

Inmersión. El metal de aporte previamente fundido se introduce entre las dos piezas que se van a unir, cuando este se solidifica las piezas quedan unidas.

Horno. El metal de aporte en estado sólido, se pone entre las piezas a unir, estas son calentadas en un horno de gas o eléctrico, para que con la temperatura se derrita al metal de aporte y se genere la unión al enfriarse.

Soplete. El calor se aplica con un soplete de manera local en las partes del metal a unir, el metal de aporte en forma de alambre se derrite en la junta. Los




sopletes pueden funcionar con los siguientes comburentes: aire inyectado a presión (soplete de plomero), aire de la atmósfera (mechero Bunsen), oxígeno o aire almacenado a presión en un tanque. Los combustibles pueden ser: alcohol, gasolina blanca, metano, propano-butano, hidrógeno o acetileno.

Electricidad. La temperatura de las partes a unir y del metal de aporte se puede lograr por medio de resistencia a la corriente, por inducción o por arco, en los tres métodos el calentamiento se da por el paso de la corriente entre las piezas metálicas a unir.

Soldadura por forja

Es el proceso de soldadura más antiguo. El proceso consiste en el calentamiento de las piezas a unir en una fragua hasta su estado plástico y posteriormente por medio de presión o golpeteo se logra la unión de las piezas. En este procedimiento no se utiliza metal de aporte y la limitación del proceso es que sólo se puede aplicar en piezas pequeñas y en forma de lámina. La unión se hace del centro de las piezas hacia afuera y debe evitarse a como de lugar la oxidación, para esto se utilizan aceites gruesos con un fúndente, por lo regular se utiliza bórax combinado con sal de amonio.

La clasificación de los procesos de soldadura mencionados hasta ahora, es la más sencilla y general, a continuación se hace una descripción de los procesos de soldadura más utilizados en los procesos industriales.

Soldadura con gas

Este proceso incluye a todas las soldaduras que emplean un gas combustible para generar la energía que es necesaria para fundir el material de aporte. Los combustibles más utilizados son el metano, acetileno y el hidrógeno, los que al combinarse con el oxígeno como comburente generan las soldaduras autógena y oxhídrica.

La soldadura oxhídrica es producto de la combinación del oxígeno y el hidrógeno en un soplete. El hidrógeno se obtiene de la electrólisis del agua y la temperatura que se genera en este proceso es entre 1500 y 2000°C.

La soldadura autógena se logra al combinar al acetileno y al oxígeno en un soplete. Se conoce como autógena porque con la combinación del combustible y el comburente se tiene autonomía para ser manejada en diferentes medios. El acetileno se produce al dejar caer terrones de carburo de calcio en agua, en donde el precipitado es cal apagada y los gases acetileno. Uno de los mayores problemas del acetileno es que no se puede almacenar a presión por lo que este gas se puede obtener por medio de generadores de acetileno o bien en




cilindros los que para soportar un poco la presión 1.7 MPa, se les agrega acetona.

Cilindros y reguladores para soldadura oxiacetilénica

En los sopletes de la soldadura autógena se pueden obtener tres tipos de flama las que son reductora, neutral y oxidante. De las tres la neutral es la de mayor aplicación. Esta flama, está balanceada en la cantidad de acetileno y oxígeno que utiliza. La temperatura en su cono luminoso es de 3500°C, en el cono envolvente alcanza 2100°C y en la punta extrema llega a 1275°C.

En la flama reductora o carburizante hay exceso de acetileno lo que genera que entre el cono luminoso y el envolvente exista un cono color blanco cuya longitud esta definida por el exceso de acetileno. Esta flama se utiliza para la soldadura de monel, níquel, ciertas aleaciones de acero y muchos de los materiales no ferrosos.

La flama oxidante tiene la misma apariencia que la neutral excepto que el cono luminoso es más corto y el cono envolvente tiene más color, Esta flama se utiliza para la soldadura por fusión del latón y bronce. Una de las derivaciones de este tipo de flama es la que se utiliza en los sopletes de corte en los que la oxidación súbita genera el corte de los metales. En los sopletes de corte se tiene una serie de flamas pequeñas alrededor de un orificio central, por el que sale un flujo considerable de oxígeno puro que es el que corta el metal.

En algunas ocasiones en la soldadura autógena se utiliza aire como comburente, lo que genera que la temperatura de esta flama sea menor en un 20% que la que usa oxígeno, por lo que su uso es limitado a la unión sólo de algunos metales como el plomo. En este tipo de soldadura el soplete es conocido como mechero Bunsen.




En los procesos de soldadura con gas se pueden incluir aquellos en los que se calientan las piezas a unir y posteriormente, sin metal de aporte, se presionan con la suficiente fuerza para que se genere la unión.

Soldadura por resistencia

El principio del funcionamiento de este proceso consiste en hacer pasar una corriente eléctrica de gran intensidad a través de los metales que se van a unir, como en la unión de los mismos la resistencia es mayor que en sus cuerpos se generará el aumento de temperatura, aprovechando esta energía y con un poco de presión se logra la unión. La corriente eléctrica pasa por un transformador en el que se reduce el voltaje de 120 o 240 a 4 o 12 V, y se eleva el amperaje considerablemente para aumentar la temperatura. La soldadura por resistencia es aplicable a casi todos los metales, excepto el estaño, zinc y plomo.

En los procesos de soldadura por resistencia se incluyen los de:

a. soldadura por puntos b. soldadura por resaltes c. soldadura por costura d. soldadura a tope

En la soldadura por puntos la corriente eléctrica pasa por dos electrodos con punta, debido a la resistencia del material a unir se logra el calentamiento y con la aplica de presión sobre las piezas se genera un punto de soldadura. Las máquinas soldadoras de puntos pueden ser fijas o móviles o bien estar acopladas a un robot o brazo mecánico.

Diagrama de una máquina soldadora por puntos

La soldadura por resaltes es un proceso similar al de puntos, sólo que en esta se producen varios puntos a la vez en cada ocasión que se genera el proceso. Los puntos están determinados por la posición de un conjunto de puntas que hacen contacto al mismo tiempo. Este tipo de soldadura se puede observar en la fabricación de malla lac.

Soldadura con resaltes




La soldadura por costura consiste en el enlace continuo de dos piezas de lámina traslapadas. La unión se produce por el calentamiento obtenido por la resistencia al paso de la corriente y la presión constante que se ejerce por dos electrodos circulares. Este proceso de soldadura es continuo.

Tipos de soldadura

La soldadura a tope consiste en la unión de dos piezas con la misma sección, éstas se presionan cuando está pasando por ellas la corriente eléctrica, con lo que se genera calor en la superficie de contacto. Con la temperatura generada y la presión entre las dos piezas se logra la unión.




Soldadura por inducción

Esta soldadura se produce al aprovechar el calor generado por la resistencia que se tiene al flujo de la corriente eléctrica inducida en las piezas a unir. Por lo regular esta soldadura se logra también con presión. Consiste en la conexión de una bobina a los metales a unir, y debido a que en la unión de los metales se da más resistencia al paso de la corriente inducida en esa parte es en la que se genera el calor, lo que con presión genera la unión de las dos piezas. La soldadura por inducción de alta frecuencia utiliza corrientes con el rango de 200,000 a 500,000 Hz de frecuencia, los sistemas de soldadura por inducción normales sólo utilizan frecuencias entre los 400 y 450 Hz.

Soldadura por arco eléctrico

Es el proceso en el que su energía se obtiene por medio del calor producido por un arco eléctrico que se forma entre la pieza y un electrodo. Por lo regular el electrodo también sirve de metal de aporte, el que con el arco eléctrico se funde, para que así pueda ser depositado entre las piezas a unir. La temperatura que se genera en este proceso es superior a los 5,500°C. La corriente que se utiliza en el proceso puede ser directa o alterna, utilizándose en la mayoría de las veces la directa, debido a la energía es más constante con lo que se puede generar un arco estable. Las máquinas para corriente directa se construyen con capacidades hasta de 1,000 A, con corrientes de 40 a 95 V. Mientras se efectúa la soldadura el voltaje del arco es de 18 a 40 A.

Para la generación del arco existen los siguientes electrodos:

a. Electrodo de carbón. En la actualidad son poco utilizados, el electrodo se utiliza sólo como conductor para generar calor, el metal de aporte se agrega por separado.

b. Electrodo metálico. El propio electrodo sirve de metal de aporte al derretirse sobre los materiales a unir. Se pueden utilizar para estos




electrodos máquinas para soldar de corriente directa o alterna, las segundas constan de transformadores estáticos, lo que genera bajos mantenimiento e inversión inicial. Existen máquinas de 150, 200, 300, 500, 750 y 1000 A.

c. Electrodos recubiertos. Los electrodos metálicos con un recubrimiento que mejora las características de la soldadura son los más utilizados en la actualidad, las funciones de los recubrimientos son las siguientes:

o Proporcionan una atmósfera protectora o Proporcionan escoria de características adecuadas para proteger

al metal fundido o Facilita la aplicación de sobrecabeza o Estabiliza el arco o Añade elementos de aleación al metal de la soldadura o Desarrolla operaciones de enfriamiento metalúrgico o Reduce las salpicaduras del metal o Aumenta la eficiencia de deposición o Elimina impurezas y óxidos o Influye en la profundidad del arco o Influye en la formación del cordón o Disminuye la velocidad de enfriamiento de la soldadura

Las composiciones de los recubrimientos de los electrodos pueden ser orgánicas o inorgánicas y estas substancias se pueden subdividir en las que forman escoria y las que son fundentes. Algunos de los principales compuestos son:

o Para la formación de escoria se utilizan SiO2, MnO2 y FeO o Para mejorar el arco se utilizan Na2O, CaO, MgO y TiO2 o Desoxidantes: grafito, aluminio, aserrín o Para mejorar el enlace: silicato de sodio, silicato de potasio y

asbestos o Para mejorar la aleación y la resistencia de la soldadura: vanadio,

cesio, cobalto, molibdeno, aluminio, circonio, cromo, níquel, manganeso y tungsteno.

Tipos de electrodos

Los electrodos para este tipo de soldadura están sujetos a norma de calidad, resultados y tipos de uso. La nomenclatura es la siguiente:

E-XX-Y-Z

La E indica que se trata de un electrodo con recubrimiento.




Los dos primeros dígitos XX se utilizan para indicar la resistencia de la soldadura a la tensión, por ejemplo cuando señalan 60 se refiere a que la resistencia a la tensión es de 60,000 lb/in2.

El tercer dígito Y se refiere a la posición en la que se puede utilizar la soldadura, por ejemplo 1 es para sobre cabeza, 2 horizontal, y 3 vertical.

Por medio del cuarto dígito Z, se especifican características especiales de la soldadura como: si es para corriente directa, alterna o ambas; si es de alta o baja penetración. En algunas ocasiones los electrodos tienen letras al final, esto depende de la empresa que los fabricó.

Para mayor información vea la siguiente tabla:

Elemento Significado E Electrodo para arco eléctrico XX Resistencia a la tensión en lb/in2

Y

Posición de aplicación: 1 Cualquier posición 2 Verticall 3 Horizontal

Z

Características de la corriente 0 CC invertida 1 CC y CA sólo investida 2 CC (directa) y CA 3 CC y CA (directa)

Letras Depende de la marca de los electrodos establece las aleaciones y las características de penetración

Ejemplo: un electrodo E7013 implica que produce soldadura con 70,000 lb/in2 de resistencia a la tensión, que se puede utilizar para soldar en cualquier posición (incluso sobre la cabeza) y que se recomienda la utilización de corriente continua o corriente alterna, ambas de manera directa.

Intensidad de corriente

El amperaje que se debe aplicar para generar la soldadura es muy importante, de ello depende que no se pegue el electrodo, que la soldadura fluya entre las dos piezas o que no se perforen las piezas que se van a unir.

En la siguiente tabla se muestran las cantidades de corriente en amperes que se deben utilizar de acuerdo al grueso de los electrodos.

Intensidad de corriente aproximada para diferentes diámetros de electrodos




Diámetro del electrodo (in)

Amperes para soldadura plana

Amperes para soldadura vertical y sobre la cabeza

1/16 25-70 --- 3/32 60-100 --- 1/8 80-150 75-130 5/32 125-225 115-160 3/16 140-240 125-180 1/4 200-350 170-220 5/16 250-500 --- 3/8 325-650 ---

Una recomendación práctica que se utiliza en los talleres para hacer la determinación de la corriente, sin tener que recurrir a la tabla es la siguiente:

Convierta el diámetro del electrodo de fracciones a decimales, elimine el punto y esa será la corriente aproximada que debe utilizar con ese electrodo. Por ejemplo, si tiene un electrodo de 1/8 su conversión a decimales será 0.125, al quitarle el punto se obtiene 125, lo que indica que se deben utilizar mas o menos 125 amperes para que el electrodo funcione bien.

(Recomendación del profesor Frutos)

Soldadura por arco con hidrógeno atómico

En un sistema generador de un arco eléctrico en el que se agrega hidrógeno se liberará calor con mayor intensidad que en un arco común, la temperatura que se alcanza en este tipo de arco es superior a los 6,000 °C.

Soldadura por arco con gas protector

En este proceso la unión se logra por el calor generado por un arco eléctrico que se genera entre un electrodo y las piezas, pero el electrodo se encuentra protegido por una copa por la que se inyecta un gas inerte como argón, helio o CO2. Con lo anterior se genera un arco protegido contra la oxidación y además perfectamente controlado. Existen dos tipos de soldadura por arco protegido la TIG y la MIG.




La soldadura TIG (tungtein inert gas) es aquella en la que el electrodo de la máquina es de tungsteno, por lo que el metal de aporte se debe añadir por separado.

La soldadura MIG (metal inert gas) es la que el electrodo es de un metal que se utiliza como metal de aporte, por lo que este sistema es considerado como un proceso de soldadura continua.

Soldadura por vaciado

Con algunos materiales la unión no se puede hacer por los procedimientos antes descritos debido a que no fácilmente aceptan los metales de aporte como sus aleaciones. Para lograr la soldadura de estos metales en algunas ocasiones es necesario fundir del mismo metal que se va a unir y vaciarlo entre las partes a unir, con ello cuando solidifica las piezas quedan unidas. A este procedimiento se le conoce como fundición por vaciado.

Soldadura por fricción

En este proceso la unión se logra por el calor que se genera al girar una de las piezas a unir en contra de la otra que se encuentra fija, una vez alcanzada la temperatura adecuada se ejerce presión en las dos piezas y con ello quedan unidas.

Ilustración de un proceso que emplea calor generado por fricción para producir una soldadura




Soldadura por explosión

Esta soldadura también se llama de recubrimiento consiste en la unión de dos piezas metálicas, por la fuerza que genera el impacto y presión de una explosión sobre las proximidades a las piezas a unir. En algunas ocasiones, con el fin de proteger a las piezas a unir, se coloca goma entre una de las superficies a unir y el yunque que genera la presión.

Proceso de unión explosiva mostrando la reacción a alta velocidad que emana del punto de colisión debido a la presión ascendente

Bibliografía:

Procesos de Manufactura, versión Si B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental Procesos básicos de manufactura H. C. Kazanas, genn E. Backer, Thomas Gregor Mc Graw Hill

Principios básicos de la soldadura eléctrica. Boletín W-53-2SP Harnischfeger Corporation




Tema IX Pulvimetalurgia

• Producción y caracterización de polvos • Métodos para producir polvos • Polvos especiales • Conformación • Extrusión • Sinterizado

Se define como el arte de elaborar productos comerciales a partir de polvos metálicos.

En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero cuando se utiliza este debe mantenerse debajo de la temperatura de fusión de los metales a trabajar. Cuando se aplica calor en el proceso subsecuente de la metalurgia de los polvos se le conoce como sinterizado, este proceso genera la unión de partículas finas con lo que se mejora la resistencia de los productos y otras de sus propiedades. Las piezas metálicas producto de los procesos de la metalurgia de los polvos son producto de la mezcla de diversos polvos de metales que se complementan en sus características. Así se pueden obtener metales con cobalto, tungsteno o grafito según para qué va a ser utilizado el material que se fabrica.

El metal en forma de polvo es más caro que en forma sólida y el proceso es sólo recomendable para la producción en masa de los productos, en general el costo de producción de piezas producto de polvo metálico es más alto que el de la fundición, sin embargo es justificable y rentable por las propiedades excepcionales que se obtienen con este procedimiento. Existen productos que no pueden ser fabricados y otros no compiten por las tolerancias que se logran con este método de fabricación.

El proceso de manera general consiste en:

1. Producción de polvo de los metales que serán utilizados en la pieza

2. Mezclado de los metales participantes 3. Conformado de las piezas por medio de prensas 4. Sinterizado de las piezas 5. Tratamientos térmicos




Diagrama para la producción de piezas por medio de polvos

Producción y caracterización de polvos

El tamaño, forma y distribución de los polvos afectan las características de las piezas a producir, por lo que se debe tener especial cuidado en la forma en la que se producen los polvos. Las principales características de los polvos a considerar son:

1. Forma 2. Finura 3. Distribución 4. Capacidad para fluir 5. Propiedades químicas 6. Compresibilidad 7. Densidad 8. Densidad 9. Propiedades de sinterización

Forma

La forma del polvo depende de la manera en la que se produjo el polvo, esta puede ser esférica, quebrada, dendrítica. Plana o angular.

Finura

La finura se refiere al tamaño de la partícula, se mide por medio de mallas normalizadas, las que consisten en cribas normalizadas, las que se encuentran entre las 36 y 850 micras.




Distribución de los tamaños de partículas

Se refiere a las cantidades de los tamaños de las partículas que participan en la composición de una pieza de polvo, esta distribución de tamaños tiene gran influencia en la fluidez y densidad de las partículas y en la porosidad final del producto.

Fluidez

Es la propiedad que le permite fluir fácilmente de una parte a otra o a la cavidad del molde. Se mide por una tasa de flujo a través de un orificio normalizado.

Propiedades químicas

Son características de reacción ante diferentes elementos. También se relacionan con la pureza del polvo utilizado.

Compresibilidad

Es la relación que existe entre el volumen inicial del polvo utilizado y el volumen final de la pieza comprimida. Esta propiedad varía considerablemente en función del tamaño de las partículas de polvo y afecta directamente a resistencia de las piezas.

Densidad aparente

Se expresa en kilogramos por metro cúbico. Esta debe ser constante siempre, para que la pieza tenga en todas sus partes la misma cantidad de polvo.

Facilidad de sinterización

La sinterización es la unión de las partículas por medio del calor. Dependerá del tipo de polvo que se esté utilizando, por lo que existen tantas temperaturas de sinterización como materiales utilizados.

Métodos para producir polvos

Todos los metales pueden producirse en forma de polvo, sin embargo no todos cumplen con las características necesarias para poder conformar una pieza. Los dos metales más utilizados para la producción de polvo para la fabricación de piezas son el cobre y el hierro. Como variaciones del cobre se utilizan el bronce para los cojinetes porosos y el latón para pequeñas piezas de




máquinas. También se llegan a utilizar otros polvos de níquel, plata, tungsteno y aluminio.

Existen diferentes formas de producir polvos metalúrgicos dependiendo de las características físicas y químicas de los metales utilizados:

Con maquinado se producen partículas gruesas y se usan principalmente para producir polvos de magnesio.

En el proceso de molido se tritura el material con molinos rotatorios de rodillos y por estampado rompiendo los metales, por este método los materiales frágiles pueden reducirse a partículas irregulares de cualquier finura.

El proceso de perdigonado consiste en vaciar metal fundido en un tamiz y enfriarlo dejándolo caer en agua. En este proceso se obtienen partículas esféricas o con forma de pera. La mayoría de los metales pueden perdigonarse, pero el tamaño de las partículas es demasiado grande.

La pulverización consiste en la aspersión del metal y su enfriamiento en aire o en agua. Es un excelente método para la producción de polvo de casi todos los metales de bajo punto de fusión como el plomo, aluminio, zinc y estaño.

Algunos metales pueden convertirse en polvo con una agitación rápida del metal mientras se está enfriando. Este proceso se le conoce como granulación.

Otro procedimiento para la producción de polvo de hierro, plata y algunos otros metales es el de depósito electrolítico. Consiste en la inmersión del metal a pulverizar, como ánodos, en tinas con un electrolito, los tanques actúan como cátodos, el hierro o metal a pulverizar se mueve de los ánodos hacia los cátodos depositándose como un polvo fino que puede posteriormente utilizarse con facilidad.

Polvos especiales

Polvos prealeados: Cuando se logra la producción de un polvo de un metal previamente aleado con otro se mejoran considerablemente las propiedades de las piezas, en comparación con las que tendrían con los metales puros. Una de las ventajas de este tipo de polvos es que requieren menores temperaturas para su producción y que proporcionan la suma de las propiedades de los dos metales unidos similares a las que se obtendrían con la fundición.

Polvos recubiertos. Los polvos pueden ser recubiertos con determinados elementos cuando pasan por medio de un gas portador. Cada partícula es




uniformemente revestida, cuando se sinteriza adquiere las propiedades del recubrimiento. Esto permite el uso de polvos más baratos.

Conformación

Consiste en la acción de comprimir al polvo que fluyó a un recipiente con la forma deseada de la pieza a producir. Existen varios métodos de conformación, a continuación se presentan algunos de ellos:

Prensado. Los polvos se prensan en moldes de acero con la forma requerida, la presión varía entre 20 y 1400 Mpa. Los polvos plásticos no requieren de altas presiones, como los que son más duros. La mayoría de las prensas que fueron diseñadas para otros fines pueden ser utilizadas para la producción de piezas de polvo. Pueden utilizarse prensas hidráulicas sin embargo es más común que se usen las mecánicas debido a su alta capacidad de producción.

Compactación centrífuga. Los moldes se llenan con polvos metálicos pesados y luego se centrifugan para obtener presiones de hasta 3 Mpa. Con lo anterior se obtienen densidades uniformes producto de la fuerza centrífuga en cada partícula de polvo. Posteriormente se extraen las piezas de los moldes y se sinterizan con lo que adquieren su dureza final.

Conformación por vaciado. Las piezas para tungsteno, molibdeno y otros polvos se hacen algunas veces por compactación por vaciado. Este procedimiento consiste en hacer una lechada con el polvo del metal que se va a utilizar, esta se vacía en un molde de yeso. Como el molde de yeso es un material poroso drena gradualmente dejando una capa sólida del material metálico. Después de transcurrido el tiempo suficiente para tener una capa lo suficiente gruesa, se sinterizan las piezas de manera normal. Para objetos huecos es muy útil este procedimiento.

Extrusión

Para la fabricación de piezas largas producidas a partir de polvos metálicos, deben producirse a través del proceso de extrusión. Los métodos a utilizar para este proceso dependen de las características del polvo; algunos se extruyen en frío con un aglutinante y otros se calientan hasta la temperatura de extrusión. Generalmente el polvo se comprime en forma de lingote y posteriormente se calientan y sinterizan antes de pasarlos a la prensa para la extrusión.

Compactado por explosivos. Como su nombre lo indica la fuerza necesaria para compactar a un polvo en su molde adecuado puede ser producto de una




explosión. El procedimiento es sencillo y económico sin embargo además de peligros puede que su control no sea del todo satisfactorio.

sinterizado

Es el proceso por medio del cual con el aumento de la temperatura, las partículas de los cuerpos sólidos se unen por fuerzas atómicas. Con la aplicación de calor, las partículas se prensan hasta su más mínimo contacto y la efectividad de las reacciones a la tensión superficial se incrementa. Durante el proceso la plasticidad de los granos se incrementa y se produce un mejor entrelazamiento mecánico por la formación de un lecho fluido. Cualquier gas presente que interfiera con la unión es expulsado. Las temperaturas para el sinterizado son menores a la temperatura de fusión del polvo principal en la mezcla utilizada.

Existe una amplia gama de temperaturas de sinterizado, sin embargo las siguientes han demostrado ser satisfactorias.

Hierro 1095 °C

Acero inoxidable 1180 °C

Cobre 870 °C

Carburo de tungsteno 1480 °C

El tiempo de sinterizado varia entre los 20 y 40 minutos.

Ventajas y limitaciones del proceso de producción por la metalurgia de los polvos

Ventajas

• La producción de carburos sinterizados, cojinetes porosos y bimetálicos de capas moldeadas, sólo se puede producir por medio de este proceso.

• Porosidad controlada • Tolerancias reducidas y acabado superficial de alta calidad • Por la calidad y pureza de los polvos producidos, se pueden obtener

también piezas de alta pureza. • No hay pérdidas de material




• No se requieren operarios con alta capacitación

Limitaciones

1. Los polvos son caros y difíciles de almacenar 2. El costo del equipo para la producción de los polvos es alto 3. Algunos productos pueden fabricarse por otros procedimientos más

económicamente 4. Es difícil hacer productos con diseños complicados 5. Existen algunas dificultades térmicas en el proceso de sinterizado,

especialmente con los materiales de bajo punto de fusión. 6. Algunos polvos de granos finos presentan riesgo de explosión, como

aluminio, magnesio, zirconio y titanio. 7. Es difícil fabricar productos uniformes de alta densidad.

Algunos productos fabricados por este procedimiento

• Filtros metálicos • Carburos cementados • Engranes y rotores para bombas • Escobillas para motores • Cojinetes porosos • Magnetos • Contactos eléctricos




Tema X Corte de metales y características de herramientas

• Clasificación de las herramientas de corte • Materiales de las herramientas de corte y fluidos para el corte. • Ángulos, filos y fuerzas en las herramientas de corte,

recomendaciones para elaborar un buril • Bibliografía

Clasificación de las herramientas de corte

Las herramientas se pueden clasificar de diferentes maneras, las más comunes responden a el número de filos, el material del que están fabricadas, al tipo de movimiento que efectúa la herramienta, al tipo de viruta generada o al tipo de máquina en la que se utiliza. A continuación se presenta un ejemplo de algunas herramientas y como pueden ser agrupadas para su clasificación.

Ejemplo de diferentes clasificaciones

DE ACUERSO AL NÚMERO DE FILOS

a. De un filo, commo los buriles de corte de los tornos o cepillos. Ver http://www.micromex.com.mx/princip.htm

b. De doble filo en hélice, como las brocas utilizadas para los taladros. Ver

http://www.micromex.com.mx/catacar1.htm

c. De filos múltiples, como las fresas o las seguetas

indefinidos (esmeril)

DE ACUERDO AL TIPO DE MATERIAL CON QUE ESTÁN FABRICADAS

WS. Acero de herramientas no aleado. 0.5 a 1.5% de contenido de carbón. Soportan sin deformación o pérdida de filo 250°C. También se les conoce como acero al carbono.

SS. Aceros de herramienta aleados con wolframio, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Soporta hasta 600°C. También se les conoce como aceros rápidos.

HS. Metales duros aleados con cobalto, carburo de carbono, tungsteno, wolframio y molibdeno. Son pequeñas


http://www.micromex.com.mx/princip.htm




plaquitas que se unen a metales corrientes para que los soporten. Soportan hasta 900°C.

Diamante. Material natural que soporta hasta 1800°C. Se utiliza como punta de algunas barrenas o como polvo abrasivo.

Materiales cerámicos. Se aplica en herramientas de arcilla que soportan hasta 1500°C. Por lo regular se utilizan para terminados. Ver http://www.micromex.com.mx/catacar3.htm#T000

POR EL TIPO DE MOVIMIENTO DE CORTE

1. Fijo. La herramienta se encuentra fija mientras el material a trabajar se incrusta debido a su movimiento. Por ejemplo los tornos, en los que la pieza gira y la herramienta está relativamente fija desprendiendo viruta.

2. Contra el material. La herramienta se mueve en contra del material, mientras este se encuentra relativamente fijo, como en los cepillos.

3. En contra dirección. La herramienta y el material se mueven un en contra una del otro, como en el esmerilado sobre torno.

POR EL TIPO DE VIRUTA QUE GENERA

1. Viruta continua, en forma de espiral. 2. En forma de coma. 3. Polvo sin forma definida.

POR EL TIPO DE MÁQUINA EN LA QUE SE UTILIZA

1. Torno 2. Taladro 3. Fresa 4. Cepillo 5. Broca

Útiles para el torno

Conocidos como buriles o cuchillas de corte, los que pueden estar ubicados en torres, puentes de sujeción o fijadores múltiples. También pueden estarfabricadas de un material barato y tener una pastilla de material de alta calidad.





Pastillas para buriles de corte en torno Torno con chuck de tres mordazas y torre para 4 herramientas

Los buriles se pueden clasificar de acuerdo a su uso, los principale son:

Útiles de desbaste:

• rectos: derechos e izquierdos • curvos: derechos y curvos

Útiles de afinado:

• puntiagudos • cuadrados

Útiles de corte lateral

• derechos • izquierdos

Útiles de forma

• corte o tronzado • forma curva • roscar • desbaste interior

A continuación se presentan algunos de los buriles más comerciales.




Broca de dos filos y con mango cónico

Diferentes tipos de fresas Fresadora vertical con centro de

maquinado CNC




En general se recomienda buscar por tipos específicos de herramientas en www.machinetoolsonline.com

Materiales para herramientas de corte

Los materiales duros se han usado para cortar o deformar otros metales durante miles de años. Si embargo, en los últimos 150 años se han inventado o desarrollado mejores materiales. Por lo general, a medida de que se descubrieron mejores materiales, se construyeron máquinas herramientas más grandes y potentes con las que se pudo producir piezas con mayor rapidez y economía.

1. Aceros al alto carbón

Los aceros al alto carbón o carbono, se han usado desde hace mucho tiempo y se siguen usando para operaciones de maquinado de baja velocidad o para algunas herramientas de corte para madera y plásticos. Son relativamente baratos y de fácil tratamiento térmico, pero no resisten usos rudos o temperaturas mayores de 350 a 400 °C . Con acero al alto carbono se hacen machuelos, terrajas, rimas de mano y otras herramientas semejantes.

Los aceros de esta categoría se endurecen calentándolos arriba de la temperatura crítica, enfriándolos en agua o aceite, y templándolos según se necesite. Cuando se templan a 325 °F la dureza puede llegar hasta 62-65 Rockwell C. Las herramientas de corte de acero al alto carbón se nitruran con frecuencia a temperaturas que van de 930 a 1000 °F (500-540 °C) para aumentar la resistencia al desgaste de las superficies de corte, y reducir su deterioro.

Nótese que las herramientas de corte de acero al alto carbón endurecido deben mantenerse frías mientras se afilan. Si aparece un color azul en la parte que se afila, es probable que se haya reblandecido la herramienta y el filo no soporte la fuerza que se genera en el corte.


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2. Acero de alta velocidad

La adición de grandes cantidades de Tungsteno hasta del 18%, a los aceros al carbono les permite conservar su dureza a mayores temperaturas que los aceros simples al carbón, a estos aceros con aleación de menor del 20% de Tungsteno se les conoce como aceros de alta velocidad. Estas herramientas mantienen su filo a temperaturas hasta de 1000 a 1100 °F (540-590°C), lo que permite duplicar, en algunos casos, su velocidad de corte. También aumentan la duración y los tiempos de afilado, con todas estas ventajas se logró el desarrollo de máquinas herramientas más poderosas y rápidas, lo que generó mayor productividad.

El acero Básico 1841 (T-1) contiene el 10.5% de tungsteno, 4.1% de cromo, 1.1% de vanadio, de 0.7 a 0.8 % de carbono, 0.3 % de manganeso, 0.3% de silicio y el resto de hierro. Se han desarrollado variantes de esta aleación, las cuales tienen cobalto y de 0.7 a 0.8 % de molibdeno. Al aumentar el contenido de vanadio al 5%, se mejora la resistencia al desgaste. Los aceros de afta velocidad al tungsteno tienen hasta 12%, 10% de cobalto, en ese caso se llaman aceros de super alta velocidad o aceros de alta velocidad al cobalto, porque aumenta la resistencia al calor.

Los aceros de alta velocidad al molibdeno contienen tan solo de 1.5 a 6.5 % de tungsteno, pero tienen de 8 a 9 % de molibdeno, 4 % de cromo y 1.1 % de vanadio, junto con 0.3% de silicio e igual cantidad de manganeso, y 0.8% de carbón. Los aceros de alta velocidad al molibdeno - tungsteno, que también se conocen como aceros 55-2, 86-3 y 66-4, contienen aproximadamente 6 % de molibdeno, 6 % de tungsteno y vanadio en proporciones que van del 2 al 4 %, aproximadamente.

Los aceros de alta velocidad se usan para herramientas de corte de aplicación a materiales tanto metálicos como no metálicos.

3. Aleaciones coladas

El término aleación colada o fundida se refiere a materiales constituidos por un 50% de cobalto, 30% de cromo, 18% de tungsteno y 2% de carbono. Las proporciones de esos metales no ferrosos varía, pero el cobalto es el material dominante y las herramientas hechas de estas aleaciones, con frecuencia se les llama "Stellite", permanecen duras hasta 1500 °F. Su dureza aproximada es 60 a 62 Rockwell C. Esta herramientas se funden y moldean a su forma.

Por su capacidad de resistir calor y abrasión, las aleaciones coladas se usan para ciertas partes de motores y turbinas de gas, y para herramientas de corte.




También son muy resistentes a la corrosión y permanecen tenaces hasta 1500 °F (815 °C), pero son más frágiles que los aceros de afta velocidad. También se les conoce como herramientas de carburo sintetizado, son capaces de trabajar a velocidades de corte hasta tres veces las del acero de alta velocidad.

El ingrediente principal es el polvo de carburo de tungsteno, que se compone del 95 % de tungsteno y 55 de carbono finamente pulverizados. Estos dos materiales se calientan y se combinan, formando partículas extremadamente duras de carbono y tungsteno. Este carburo se mezcla con un 5 a 10 % de cobalto en polvo, que funciona como aglomerante, y una pequeña cantidad de parafina. La mezcla a la que también se le puede agregar un poco de carburo de titanio para variar las características de la herramienta. La herramienta se presinteriza calentándola a 1500 °F para quemar la cera. A continuación se sintetiza a 2500- 2600 °F. En este punto el cobalto se funde y funciona como aglomerante formando una matriz que rodea las partículas de carburo, que no se funden.

La cantidad de cobalto que se usa para aglomerar los carburos afecta la tenacidad y resistencia al choque, pero no san tan duras.

Las herramientas de carburo se dividen en dos categorías principales. Una de ellas se compone de las de carburo de tungsteno simple que son duras y tienen buena resistencia al desgaste. Son las más adecuadas para maquinar fierro colado, metales no ferrosos y algunos materiales no metálicos abrasivos. Los tipos más duros de carburos también se pueden emplear para dados de herramientas y otras aplicaciones en las que sea importante la resistencia al desgaste y los choques impuestos sean pequeños.

La segunda categoría (clase 58) comprende las combinaciones de carburo de Tungsteno y de titanio. Esos carburos se usan por lo general para maquinar acero, son resistentes a despostillamiento, que es un problema serio cuando se usa carburo de tungsteno para maquinar acero.

4. Herramientas de cerámica

Las herramientas de cerámica para corte se fabrican con polvo de óxido de aluminio, compactado y sintetizado en formas de insertos triangulares, cuadrados o rectangulares. Se pueden sintetizar sin aglomerante o con pequeñas cantidades de algún vidrio. Se han estado usando durante tan solo de 30 a 35 años y no se pueden emplear con eficacia en máquinas herramientas de baja potencia. Se necesitan máquinas muy rígidas y de gran potencia para aprovechar la resistencia al calor dureza de estos materiales.




Las herramientas de cerámica son muy duras, y son químicamente Inertes, pero son más frágiles o quebradizas que los carburos u otros materiales. Los Insertos de cerámica para herramienta se pueden fabricar con los métodos de prensado en frío o prensado en caliente, las herramientas prensadas en frío se compactan a una presión de 40,000 a 50,000 psi y a continuación se sintetizan a temperaturas de 2000 a 3000 °F (1,100 a 1,650 °C). Los insertos de cerámica prensados en caliente se sintetizan estando a presión, y son más densos. La resistencia a la compresión de las herramientas de cerámica es muy alta, y tienen baja conductividad térmica. Como son bastante frágiles, deben estar muy bien soportadas en portaherramientas, porque se pueden romper o dañar con facilidad si la máquina vibra. Las herramientas de cerámica son muy resistentes al desgaste, y en la máquina adecuada se pueden trabajar al doble de la velocidad de corte que las en las máquinas con herramientas de carburo. En algunos casos, hasta se pueden trabajar a mayores velocidades. Las herramientas de cerámica no se deben utilizar para cortes interrumpidos.

En los últimos años los diamantes se han usado más como herramientas de corte de punta, son particularmente eficaces cuando se usan con alto contenido de silicio. Un ejemplo de la utilización eficaz de los diamantes es la producción en masa de los pistones para automotores, con ello se ha logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas con grandes tolerancias de control. Aunque los diamantes como herramientas son caros la producción masiva y su alto grado de precisión los justifica.

Una condición grave es cuando se provoca el choque térmico al introducir bruscamente la herramienta en líquidos enfriados después de elevar su temperatura durante el afilado.

Fluidos de corte

Durante el proceso de maquinado se genera fricción y con ello calor, lo que puede dañar a los materiales de las herramientas de corte por lo que es recomendable utilizar fluidos que disminuyan la temperatura de las herramientas. Con la aplicación adecuada de los fluidos de corte se disminuye la fricción y la temperatura de corte con lo que se logran las siguientes

Ventajas económicas

1. Reducción de costos 2. Aumento de velocidad de producción 3. Reducción de costos de mano de obra 4. Reducción de costos de potencia y energía 5. Aumento en la calidad de acabado de las piezas producidas




Características de los líquidos para corte

1. Buena capacidad de enfriamiento 2. Buena capacidad lubricante 3. Resistencia a la herrumbre 4. Estabilidad (larga duración sin descomponerse) 5. Resistencia al enranciamiento 6. No tóxico 7. Transparente (permite al operario ver lo que está haciendo) 8. Viscosidad relativa baja (permite que los cuerpos extraños la

sedimentación) 9. No inflamable

Fluidos más comunes para corte

Fluido Características Aceite Activo para corte

• Aceites minerales sulfurados (0.5 a 0.8% de S) • Aceites minerales sulfoclorinados (3% S y 1% Cl • Mezclas de aceites grasos sulfoclorinados (más del

8% de S y 1% Cl)

Aceites de corte inactivos (no se descomponen)

• Aceites minerales simples • Aceites grasos o animales • Mezclas de aceites animales y minerales • Mezclas de aceites animales y minerales sulfurados

Aceites emulsificantes (solubles)

Aceites minerales solubles al agua. Contienen un material parecido al jabón que permite la dilusión en el agua se agregan de los concentrados de 1 a 5 partes de concentrado por cada 100 partes de agua.

Fluidos sintéticos para el corte

Emulsiones estables que contienen un poco de aceite y se mezclan con facilidad con el agua. Existen varios tipos de fluidos sintéticos para corte, los mejores son aquellos conocidos como de alta precisión y funcionan con reacciones químicas de acuerdo con el material que estén enfriando.

Ángulos, filos y fuerzas

El corte de los metales se logra por medio de herramientas con la forma adecuada. Una herramienta sin los filos o ángulos bien seleccionados ocasionará gastos excesivos y pérdida de tiempo.




En casi todas las herramientas de corte existen de manera definida: superficies, ángulos y filos.

Las superficies de los útiles de las herramientas son:

Superficie de ataque. Parte por la que la viruta sale de la herramienta.

Superficie de incidencia. Es la cara del útil que se dirige en contra de la superficie de corte de la pieza.

Los ángulos son:

Ángulo de incidencia α (alfa). Es el que se forma con la tangente de la pieza y la superficie de incidencia del útil. Sirve para disminuir la fricción entre la pieza y la herramienta.

Ángulo de filo β (beta). Es el que se forma con las superficies de incidencia y ataque del útil. Establece qué tan punzante es la herramienta y al mismo tiempo que tan débil es.

Ángulo de ataque γ (gama). Es el ángulo que se forma entre la línea radial de la pieza y la superficie de ataque del útil. Sirve para el desalojo de la viruta, por lo que también disminuye la fricción de esta con la herramienta.

Ángulo de corte δ (delta). Es el formado por la tangente de la pieza y la superficie de ataque del útil. Define el ángulo de la fuerza resultante que actúa sobre el buril.

Ángulo de punta ε (epsilon). Se forma en la punta del útil por lo regular por el filo primario y el secundario. Permite definir el ancho de la viruta obtenida.

Ángulo de posición χ (xi). Se obtiene por el filo principal del la herramienta y el eje de simetría de la pieza. Aumenta o disminuye la acción del filo principal de la herramienta.

Ángulo de posición λ (lamda). Es el que se forma con el eje de la herramienta y la radial de la pieza. Permite dan inclinación a la herramienta con respecto de la pieza.

Filos de la herramienta

Filo principal. Es el que se encuentra en contacto con la superficie desbastada y trabajada.




Filo secundario. Por lo regular se encuentra junto al filo primario y se utiliza para evitar la fricción de la herramienta con la pieza.

La suma de los ángulos alfa, beta y gama siempre es igual a 90°

Para la definición de los valores de los ángulos se han establecido tablas producto de la experimentación. A continuación se muestra una tabla de los ángulos alfa, beta y gama.

Aceros rápidos Materiales trabajar Metales duros Alfa Beta Gama Material Alfa Beta Gama 8 68 14 Acero sin alear hasta 70 kg/mm2 5 75 10 8 72 10 Acero moldeado 50 kg/mm2 5 79 6 8 68 14 Acero aleado hasta 85 kg/mm2 5 75 10 8 72 10 Acero aleado hasta 100 kg/mm2 5 77 8 8 72 10 Fundición maleable 5 75 10 8 82 0 Fundición gris 5 85 0 8 64 18 Cobre 6 64 18 8 82 0 Latón ordinario, latón rojo,

fundición de bronce 5 79 6

12 48 30 Aluminio puro 12 48 30 12 64 14 Aleaciones de alumnio para

fundir y forjar 12 60 18

8 76 6 Aleaciones de magnesio 5 79 6 12 64 14 Materiales prensados aislantes

(novotex baquelita) 12 64 14

12 68 10 Goma dura, papel duro 12 68 10 Porcelana 5 85 0

Las fuerzas que actuan en una herramienta de corte

De manera simplificada se puede decir que actúan en una herramienta tres fuerzas:

Fuerza radial, Fr. Se origina por la acción de la penetración de la herramienta para generar el corte y como su nombre lo señala actúa en el eje radial de la pieza.

Fuera longitudinal, Fl. Es la que se produce por el avance de la herramienta y su actuación es sobre el eje longitudinal de la pieza.




Fuerza tangencial, Ft. Es la fuerza más importante en el corte y se produce por la acción de la pieza sobre la herramienta en la tangente de la pieza.

La contribución de la tres fuerzas como componentes de las resultante total es:

Fr = 6% Fl = 27% Ft = 67%

Producto de acción de las tres fuerzas de corte se tiene una resultante que es la quedeberá soportar la herramienta. Se debe tener en cosideración que como las fuerzas son cantidades vectoriales es muy importante su magnitud, dirección, posición y punto de apoyo.




Recomendaciones básicas para el afilado de un buril

1. Empleo de un esmeril con grano grueso para el desbaste y grano fino para el acabado, consulte esmeriles recomendados en "métodos de afilado"

2. Empleo de las velocidades de rotación establecidas para cada tipo de esmeril.

3. Comprobación de que el esmeril gire en contra del borde de la herramienta.

4. Evite sobrecalentamientos durante el afilado y aplicar una presión moderada de esmerilado.

5. Evite el esmerilado cóncavo. Es ventajoso usar esmeriles de taza o de copa para esta operación.

6. Mantener los esmeriles limpios reavivándolos frecuentemente. 7. Evite choques térmicos.




8. Remueva las cantidades excesivas de material y aplicar demasiada presión de esmerilado implica el riesgo de originar fisuras en la herramienta que la inutilizan para siempre.

Bibliografía

Título/Autor/editorial Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

520 a 541


195 a 203


252,257,265, 266,271, 272,


102 a 177

226 a 260 Operación de máquinas herramientas, de Krar, Oswald, St. Amand. Mc Graw Hill

119 a 129

Materiales y procesos de manufactura para ingenieros, de lawrence E. Doyle et al. Prentice Hall

508 a 542

Alrededor de las Máquinas-Herramientas, de Heinrich Gerling, ditorial Reverté.

25 a37




Tema XI Elementos básicos de las máquinas herramienta

• Estructura básica • Elementos de sujeción • Movimientos • Dispositivos para el trabajo manual • Cálculo de la velocidad de corte • Mantenimiento • Bibliografía

Estructura básica

Todas las máquinas herramienta tienen un conjunto de partes, actividades y principios que las distinguen y caracterizan.

Las principales partes y sus funciones

Parte Función Base Sostiene y fija a la máquina sobre el piso, una mesa o

su propia estructura. Existen tres tipos fundamentales de bases:

a. Anclada al piso o cimentada b. Soporte sobre mesa o banco c. Integrada al cuerpo de la máquina

Bancada o soporte

Soporta las piezas de la máquina, en algunas máquinas sirve para el deslizamiento de las herramientas y en otras para la fijación de las piezas que se van a trabajar, por lo regular sobre la bancada o soporte se ubica el cabezal fijo de las máquinas.

Tren motriz Dota de movimiento a las diferentes partes de las máquinas, por lo regular se compone de las siguientes partes:

a. Motor o motores b. Bandas c. Poleas d. Engranes o cajas de velocidades e. Tornillos sinfín




f. Manijas o manivelas de conexión

Cabezal fijo y husillo principal

En el cabezal fijo se ubican todas las partes móviles que generan el movimiento del husillo principal.

El husillo principal es el aditamento en el que se colocan los sistemas de sujeción de las piezas a trabajar.

Sujeción de piezas de trabajo

Fija a las piezas que se van a trabajar, tanto a las piezas que giran como a las fijas, así se tiene:

a. Chucks o mandriles b. Fijadores de arrastre c. Prensas d. Conos de fijación e. Ranuras de fijación f. Mordazas de uno o varios dientes g. Platos volteadores

Sujeción de herramientas

Fijan a las herramientas que desprenden las virutas y dan forma, las principales son:

a. Torres b. Porta buriles c. Fijadores de una o varias uñas d. Barras porta fresas e. Broqueros f. Soportadores manuales

Enfriamiento Dotan de líquidos o fluidos para el enfriamiento de las herramientas y las piezas de corte. Por lo regular están dotados de un sistema de bombeo y de conducción y recolección de líquidos.

Mecanismos de avance y/o penetración

Permiten o dotan de movimiento a las herramientas para lograr el desprendimiento continuo de virutas, los principales son:

a. Carros porta herrmientas b. Brazos prota buriles o fresas c. Husillos de casco o de deslizamientos

(taladro)

Mecanismo de control semi automáticos o

Inician o interrumpen una acción de movimiento de una o varias partes de las máquinas, estas pueden ser:

a. Tornillos sinfín conectados a engranes y partes de las máquinas




automáticos b. Topes de señal para micro interruptores c. Motores de paso a paso d. Unidades lectoras de cinta e. Unidades receptoras de señales digitalizadas

de computadoras CAM f. Sistemas de alimentación de material g. Sistemas de alimentación de herramientas h. Sistemas de inspección automáticos

Elementos de sujeción

Los elementos de sujeción en las máquinas herramienta requieren un análisis especial, aún cuando en la presentación de cada máquina se hará especial mención de sus correspondientes sistemas de fijación. En esta parte del curso se presentan de manera general algunas sus principales características.

Chucks o mandriles

También son conocidos como mordazas de sujeción, en el caso específico del torno existen dos tipos de chucks.

Chuk universal e independiente

El chuck universal se caracteriza porque sus tres mordazas se mueven con una sola llave y en el independiente cada mordaza es ajustada con una entrada de llave independiente.

Dentro de los mandriles para sujeción se pueden ubicar a los broqueros con mango cónico los que tienen la función de sujetar a la broca y su funcionamiento es similar a chuck universal.

Broquero




Fijadores de arrastre

Los fijadores más conocidos y utilizados son los de plato, los que pueden ser cerrados o abiertos. Todos siempre utilizaran a un arrastrador conocido como perro.

Por lo regular son utilizados para el trabajo en torno de puntas o los sistemas divisores de las fresas.

Plato de arrastre Perro de arrastre

Prensas

Son sistemas de sujeción de las piezas de trabajo muy seguros, se fijan a las mesas de trabajo. Uno de los ejemplos tradicionales son las prensas utilizadas para la fijación de piezas en el barrenado o en el fresado.

Conos de fijación

Es un elemento muy utilizado en la mayoría de los sistemas en los que la pieza a sujetar tiene un eje de giro. Consiste en una superficie cónica que se inserta en otra superficie cónica, entre estas piezas la fuerza de trabajo ajusta a las superficies impidiendo su separación, la fricción impide el giro y además da gran sujeción.




La mayoría de estos elementos de sujeción son los broqueros o las brocas con mango cónico.

Broca con mango cónico

Ranuras de fijación

Por lo regular se ubican en las mesas de trabajo de las máquinas herramienta, en ellas se insertan tornillos que con su cabeza se fijan a la mesa y con placas o uñas se presiona a las piezas a fijar.

Ranuras de fijación

Platos volteadores o divisores

Aún cuando el fin de estos dispositivos no es la fijación, son considerados como elementos para evitar que las piezas se muevan de los sitios en las que se van a trabajar.

Estos dispositivos sujetan por medio de un chuck o un plato de arrastre a una pieza y con una manivela al liberarlos de las fuerzas de fijación pueden girar la pieza un número de grados específico.




Movimientos

En todas las máquinas herramienta se consideran tres ejes sobre los cuales se pueden desarrollar dos tipos de movimiento:

1. Rotatorio 2. Lineal

Por lo regular los ejes son identificados con las letras "Z", "Y" y "X"

El eje "Z" es el eje sobre el cual la herramienta o la pieza gira, así si una fresa tiene a su herramienta girando verticalmente su eje "Z" será vertical y la fresa se conoce como una fresa vertical. Si en un torno la pieza gira en el eje horizontal el torno será horizontal y el eje "Z" será horizontal.

Los ejes "Y" y "X" se ubican de diferentes maneras según los fabricantes de las máquinas herramienta, observe las siguientes máquinas y sus ejes trabajo.




Los movimientos rotatorios se logran por medio de motores conectados a engranes o tornillos sinfín que permiten graduar las velocidades y potencias.

Los movimientos lineales se logran por medio de los motores de paso a paso conectados a cremalleras que permiten el avance o retroceso lineal de las piezas o partes




Movimientos principal, de avance y de penetración en una máquina herramienta

En la operación de las máquinas herramienta los tres movimientos que son considerados como el alma de las máquinas:

1. Movimiento principal

Es el movimiento que tiene la pieza o la herramienta para que se logre el desprendimiento de la viruta. Por ejemplo en un torno el movimiento principal es el que ejecuta la pieza y en una fresa es el que se da en la herramienta.

2. Movimiento de avance

Es el que permite a la herramienta desprender material de manera permanente y controlada. En el caso de un torno es el movimiento del buril que hace que se desprenda viruta y en la fresa es el movimiento de la mesa.

3. Movimiento de penetración

Es el que da la profundidad o espesor del material desprendido. Tanto en la fresa como en el torno es qué tanto se entierra la herramienta.

S' = avance

a = penetración

Mp = movimiento principal

Dispositivos para el trabajo manual

En la mayoría de las máquinas herramienta se cuenta con dispositivos para el trabajo y ajuste manual. Con estos dispositivos se puede analizar la forma en la que se realizará el trabajo o ajustar los inicios o términos de las acciones de una máquina.

Los dispositivos de trabajo manual varían de acuerdo con el tipo y marca de la máquina que se esté utilizando, sin embargo existen siempre un conjunto de




dispositivos que pueden generalizarse en todas las máquinas herramienta, como los que a continuación se presentan:

Dispositivo Función Manivela de avance En la mayoría de las máquinas existe una

manivela que permite dar avance a la herramienta o a la pieza de manera manual, con la acción de este sistema, el que por lo regular está conectado a tornillos sin fin, cremalleras y engranes se logra la alimentación de material para el corte en cada revolución de las máquinas.

Manivela de penetración

Para lograr que en cada pasada las máquinas herramienta desprendan más material, por lo regular existe una manivela que da profundidad o entierra a la herramienta en la pieza a desbastar.

Ajuste de alturas o posición

En las máquinas herramienta por lo regular se requiere subir o bajar las herramientas o las piezas a trabajar, esto se logra con el movimiento de las mesas de trabajo o los sujetadores de las herramientas. Lo anterior se observa desde el ajuste en la cuña de una torre con su buril, hasta el movimiento de la base de un taladro o fresa.

Ajuste de velocidades

Con los intercambios de poleas o engranes en las máquinas herramienta se logra el funcionamiento a diferentes velocidades, las velocidades que son modificadas son las velocidades de corte y avance.

Ajuste de avance automático

Con el ajuste de las diferentes velocidades de una máquina se puede obtener el movimiento del tornillo sinfín del torno, este conectado a un engrane logrará movimientos regulares de las diferentes partes de las máquinas.




Cálculo de la velocidad de corte

En la mayoría de las máquinas herramienta la velocidad de corte se obtiene de tablas, las que se han elaborado por expertos en el trabajo de metales y el uso de diferentes herramientas.

El establecimiento adecuado de la velocidad de corte permite fácilmente la determinación del número de revoluciones a la que debe operar la máquina.

Cuando no se establece el número adecuado de revoluciones puede generar:

a. Poco aprovechamiento de las capacidades de las máquinas b. Baja calidad en las piezas fabricadas c. Daño a las herramientas o máquinas d. baja efectividad en la planeación y programación del trabajo

La fórmula general para el cálculo de la velocidad de corte es la siguiente:

Vc = (PI d n)/1000

En donde

Vc= velocidad de corte en m\min

d= diámetro de la pieza en mm

n = revoluciones por minuto

En esta fórmula por lo regular se conoce todo excepto el número de revoluciones, las que a su vez son las que se pueden variar en las máquinas.

La fórmula queda así:

n = (1000Vc)/(PI d)

Velocidades de corte típicas, ángulos de corte y avances recomendados

Ángulos de corte Desbastado Afinado Material Útilalfa beta gama Vc s a Vc s a

WS 8° 62° 20° 14 0.5 0.5 20 0.2 0.1 SS 6° 65° 19° 22 1 1 30 0.5 0.1 Acero menos de 50 kg/mm2

HS 5° 67° 18° 150 2.5 2 250 0.25 0.15 WS 8° 68° 14° 10 0.5 0.5 15 0.2 0.1 Acero 50-70 kg/mm2

SS 6° 70° 14° 20 1 1 24 0.5 0.1




HS 5° 71° 14° 120 2.5 2 200 0.25 0.15 WS 8° 74° 8° 8 0.5 0.5 12 0.2 0.1 SS 6° 72° 12° 15 1 1 20 0.5 0.1 Acero 70-85 kg/mm2

HS 5° 71° 14° 80 2.5 2 140 0.25 0.15 WS 6° 81° 3° 6 0.5 0.3 8 0.2 0.1 SS 6° 82° 2° 12 1 0.8 16 0.5 0.1 Acero de herramientas HS 5° 83° 2° 30 0.6 0.5 30 0.15 0.1 WS SS 10° 65° 25° 60 4 3 120 0.5 0.1 Aluminio HS

Cálculo de las velocidades de transmisión

El cálculo de la velocidad en una transmisión se obtiene de la relación de transmisión "i", la que se puede obtener de acuerdo a los siguientes cálculos.

Pi1 d1n1= Pi2 d2n2

En donde:

n1= número de revoluciones por minuto de la polea motriz

n2= número de revoluciones por minuto de la polea conducida

d1= diámetro de la polea motriz

d2= diámetro de la polea conducida

Eliminando las PIs en ambos términos, tendremos:

d1n1=d2n2

d1/ d2 = n2/n1 = i

Con la ecuación anterior se podrá calcular cualquier transmisión de poleas. En el caso que la transmisión sea de engranes el diámetro se cambia por el número de dientes Z, con lo que la fórmula quedará:

Z1/Z2 = n2/n1 = i

Al conocer las diferentes velocidades (n) que puede desarrollar una máquina se podrá programar, de acuerdo a las recomendaciones de la velocidad de corte que se tiene en las tablas.




n = (1000Vc)/(Pi d)

En donde Vc está en m/min

d = en mm

n = rpm

Mantenimiento

Todas las máquinas herramienta requieren de mantenimiento preventivo, sino se efectúa dicho mantenimiento se tendrán los siguientes inconvenientes:

• Disminución de la precisión de la máquina • Disminución de la vida útil de la máquina • Poca efectividad en la planeación del trabajo • Gastos excesivos • Incumplimiento con los estándares de calidad

La mayoría de los fabricantes de las máquinas herramienta establecen los programas de mantenimiento y conservación, los cuales deberán seguirse y programarse. Sin embargo con el tiempo los manuales desaparecen, por lo que de manera general se establece que la mayoría de las máquinas herramienta deben considerar en su mantenimiento los siguientes puntos:

• Lubricación permanente • Limpieza de la máquina cada vez que se utiliza • Ajuste periódico de los sistemas desplazamiento y rotación • Ajuste periódico de poleas y engranes • Limpieza constante de ranuras y guías




• Sustitución de piezas desgastadas, con juego o rotas (este es mantenimiento correctivo)

Cada máquina tiene sus puntos de engrase y ajuste, los que deben tenerse ubicados y en buenas condiciones.

Bibliografía

Título/Autor/editorial IV Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

473 a 515


204 a 219


110 a 116


547 a 568 y

637 a 660 Ingeniería de Manufactura, de U. Scharer, J. A. Rico, J. Cruz, et al. Companía Editorial Continental

235 a 256


127 a 177




Tema XII Torno

• Características y tipos • Calidad de producción • Capacidad de producción • Tipos de tornos en el mercado • Tallado de roscas • Bibliografía

Características y tipos

Todos los tornos desprenden viruta de piezas que giran sobre su eje de rotación, por lo que su trabajo se distinguirá por que la superficie generada será circular, teniendo como centro su eje de rotación.

En el torno de manera regular se pueden realizar trabajos de desbastado o acabado de las siguientes superficies:

• Cilíndricas (exteriores e interiores) • Cónicas (exteriores e interiores) • Curvas o semiesféricas • Irregulares (pero de acuerdo a un centro de rotación)

Se pueden realizar trabajos especiales como:

• Tallado de roscas • Realización de barrenos • Realización de escariado • Moleteado de superficies • Corte o tronzado • Careado

Las principales características de los tornos son las siguientes:

Característica Descripción Potencia Representada por la capacidad del motor en HP. Distancia entre puntos Es la longitud que existe entre el husillo principal y

la máxima distancia al cabezal móvil. Peso neto Peso de toda la máquina Volteo sobre la Es el máximo diámetro que una pieza puede tener.




bancada Se considera como el doble de la distancia que existe entre el centro del husillo principal y la bancada. (radio máximo de trabajo de una pieza)

Volteo sobre el escote Distancia del centro del husillo a la parte baja de la bancada, no siempre se especifica porque depende si la bancada se puede desarmar.

Volteo sobre el carro Distancia del centro del husillo al carro porta herramientas.

Paso de la barra Diámetro máximo de una barra de trabajo que puede pasar por el husillo principal.

Número de velocidades

Cantidad de velocidades regulares que se pueden obtener con la caja de velocidades.

Rango de velocidades en RPM

El número de revoluciones menor y mayor que se pueden logras con la transmisión del torno.

Los tornos se pueden clasificar de diferentes maneras:

Clasificación Nombre Características

Por su movimiento principal

Vertical El eje Z del torno es vertical, por lo regular se utilizan para el trabajo en piezas de gran peso.

Horizontal Son los tronos más conocidos y utilizados, el eje Z del torno es horizontal y puede haber de varios tamaños.

Tornos de taller Torno de banco Tornos pequeños que se montan sobre un banco o una mesa de trabajo robusta, se usan para piezas ligeras y pequeñas.

Torno rápido Torno que se utiliza para operaciones de corte ligero y de acabado, se monta sobre una mesa y es fácil de operar y mover.

Torno para cuatro herramientas o de taller mecánico

Está equipado con una serie de accesorios que permiten realizar una serie de operaciones de precisión. En su torre porta herramientas se pueden colocar cuatro herramientas.

Torno de escote o bancada partida

Torno que tiene una sección en su bancada que se puede desmontar bajo el plato, con esto se pueden trabajar piezas de mayor diámetro.




Torno de semiproducción o copiadores

Tornos de semiproducción

Son tornos de taller con un aditamento copiador o un sistema de lectura digital que permite copiar piezas que serían muy difíciles de hacer sin un patrón (ejemplo los cerrajeros).

Tornos para producción en serie

Torno revolver o de torreta

Son tornos que se utilizan cuando se deben producir una gran cantidad de piezas iguales, tienen un solo husillo y varias herramientas, pueden tener hasta 20 diferentes herramientas las que pueden actuar una por una o varias al mismo tiempo.

Torno automático de un solo husillo

Produce en serie y de manera automática, se utilizan para la producción en masa de piezas que requieren de refrentado, cilindrado y barrenado, pueden trabajar dos o más herramientas al mismo tiempo y se controlan por medio de sistemas de lectura digital.

Tornos de control numérico

Equipos que se controlan por medio de cintas magnéticas o consolas de computadora. Pueden tornear ejes de casi cualquier tamaño y forma, hacen trabajos con varias herramientas al mismo tiempo, existen tornos CN que pueden tener una torre revolver con 60 herramientas.

Se recomienda la consulta de:

http://www.colum.mindspring.com/

www.sheetsmfg.com/index.htm

http://www.swisslineprecision.com/

www.calstatela.edu/centers/SCCEME/automanf/index.htm

http://www.fsu.edu/


http://www.colum.mindspring.com/

http://www.sheetsmfg.com/index.htm

http://www.swisslineprecision.com/

http://www.calstatela.edu/centers/SCCEME/automanf/index.htm

http://www.fsu.edu/



Calidad de producción

Con el torno se logra la producción en serie o individual de piezas de alta calidad. El terminado de la piezas producto de un torno puede ser de desbaste, afinado, afinado fino o súper afinado.

A continuación se observa una tabla de la clasificación de terminados:

Actividad Herramienta Acabado Descripción

Desbaste Buril de desbaste

^^ Las marcas que deja la herramienta son de más de 125 micras

Afinado Buril de afinado

^^ Las marcas que deja la herramienta son de más de 124 a 60 micras

Afinado fino

Lija piedra especial de acabado

^^^ Las marcas que deja la herramienta son de menos de 35 micras

Súper afinado

Lapeador, material fibroso

^^^^ Las marcas que deja la herramienta son de menos de 5 micras.

Capacidad de producción

Para definir cual es la capacidad de producción de un torno es necesario contar con:

1. Plan de trabajo 2. Planos de taller 3. Análisis de tiempos de operación del torno

Planes de trabajo




Son los documentos en los que se registra la información necesaria para que en el taller se pueda producir una pieza u objeto

Un plan de trabajo puede contener la siguiente información:

• Número de operación • Nombre de la operación • Herramienta utilizada • Velocidad de corte (consulte tablas en velocidades de corte y

transmisión) • Número de revoluciones • Longitud de trabajo (incluyendo la la, lu) • Tiempo principal • Número de vueltas • Tiempo total • Observaciones

Plano de taller

Es el dibujo y las características de la pieza necesarias para la fabricación de la misma. Estos siempre deben tener un pie en el que se incluya lo siguiente:

• Nombre de lo que se va a fabricar • Número de catálogo (cuando existe) • Número de piezas que se van a fabricar • Material en el que se debe construir la pieza • Medidas en bruto del material a procesar • Escala y acotaciones • Responsables de diseño y de fabricación

Tiempos de operación

En el torno existen cuatro tiempos de operación:

• Tiempo principal. Este es el que utiliza la máquina para desprender la viruta y con ello se adquiera la forma requerida.

• Tiempo a prorratear. Tiempo que el operario requiere para hacer que la máquina funcione incluyendo armado de la máquina, marcado de la pieza, lectura de planos, volteo de las piezas, cambio de herramientas, etc.

• Tiempo accesorio o secundario. Utilizado para llevar y traer o preparar la herramienta o materiales necesarios para desarrollar el proceso. Por ejemplo el traer el equipo y material para que opere la máquina.




• Tiempo imprevisto. El tiempo que se pierde sin ningún beneficio para la producción, como el utilizado para afilar una herramienta que se rompió o el tiempo que los operadores toman para su distracción, descanso o necesidades.

El tiempo total de operación es la suma de los cuatro tiempos. De manera empírica se ha definido lo siguiente:

Tp = 60% Tpr = 20% Ta = 10% T inp = 10%

El tiempo principal se calcula con la siguiente fórmula:

Tp = L / (S x N)

En donde:

L es la longitud total incluyendo la longitud anterior y ulterior, en mm S es el avance de la herramienta en mm/rev N es el número de revoluciones

Muestra de un plan de trabajo




n° Operación Herramienta Vc n s a la lu l L Nv tp observaciones

1 Desbaste "a"

Buril de desbaste 20 74 1 1 5 1 150 156 3 6.33

2 Careo "c" Buril derecho 20 74 1 1 5 1 42.5 47.5 1 0.64

3 Desbaste "d"

Buril de desbaste 20 74 1 1/0.5 5 0 89 94 15 19.05

4 Careo "d" Buril derecho 20 74 1 1 5 0 14.5 19.5 1 0.26

5 Afinado "b"

Útil de afino 24 105 0.5 0.1 5 0 90 95 1 1.8

6 Volteo ------ -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

7 Desbaste "e"

Buril de desbaste 20 74 1 1/0.5 5 0 29 34 15 6.89

8 Desbaste "f"

Buril de desbaste 20 74 1 1 5 0 14.5 19.5 1 0.26

9 Afinado "e" Útil de afino 24 105 0.5 0.1 5 0 30 35 1 0.66

10 Careo "g" Buril derecho 20 74 1 1 5 0 27.5 32.5 10 4.39

El tiempo principal de la máquina es de 40.28 minutos. Pero como este tiempo es sólo el 60% del tiempo total, se tiene que el tiempo total, para hacer esta pieza es de 67.13 minutos. A continuación se presenta un plano de taller con las características de un eje de acero. Elabore un plan de trabajo y calcule el tiempo que tardará, con un torno horizontal, en la fabricación de los ejes solicitados.




Para mayor información sobre este tema consulte los siguientes libros: Título/Autor/editorial Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

545 a 575


223 a 228


262 a 282


315 a 370


201 a 299


571 a 614


13 a 37




Tipos de tornos en el mercado

Torno vertical

Torno automático Torneado de precisión

Torno de puntas y su porta herramientas




Torno de control numérico

Roscas y su tallado

Las roscas se pueden emplear para: a) Unir piezas de manera permanente o temporal, éstas pueden tener movimiento o quedar fijas. La unión se hace por medio de tornillos y tuercas, elementos que contienen una rosca. Para que un tornillo sea acoplado con su tuerca ambos deben tener las medidas adecuadas y el mismo tipo de rosca.

b) Generar movimiento en máquinas o en transportadores. Los mejores ejemplos de esta aplicación se tienen en los tornos, en los que por medio de un tornillo sinfín se puede mover el carro o en los elevadores de granos en los que por medio de un gusano se transportan granos de diferentes tipos.




¿Por qué funciona una rosca? La forma más sencilla de entender y explicar el funcionamiento de una rosca es la siguiente: Imagine que enrolla en un perno cilíndrico recto un triángulo rectángulo de papel. La trayectoria que sigue la hipotenusa del triángulo es una hélice que se desarrolla sobre la superficie del cilindro, esa es la rosca que nos sirve para fijar o transportar objetos.

El mismo papel que se enrolló sobre el cilindro del tornillo nos indica que las roscas actúan como un plano inclinado, pues al deslizarse la tuerca por las orillas de la rosca se está siguiendo la trayectoria de un plano inclinado, del cual su fórmula elemental es:

P x L = W x h P = fuerza aplicada L = longitud del plano inclinado W = fuerza generada h = altura del plano inclinado Lo anterior se puede reflejar en la fuerza que se generaría en una prensa de husillo como se puede observar a continuación.




Las orillas de la rosca en el tornillo actúan como el plano inclinado. Por cada vuelta que se da a la manivela se logra un avance de "h", generando una fuerza de "W", todo esto producto de la fuerza aplicada en la manivela "P" en una trayectoria igual al perímetro "2Pi x r". Con lo anterior se puede construir la siguiente expresión. P x 2Pi x r = W x h Por ejemplo: si se aplica en una prensa como la mostrada, con avance "h" en cada vuelta de 2 mm, brazo de palanca "r" de 200 mm y si se aplica una fuerza "P" de 15 kg, se tendrá. Sustituyendo en la ecuación de la prensa (15) (2)(3.14)(200) = W (2) Despejando "W" W = 9,420 kg Como la fricción en la rosca genera una pérdida de la fuerza de un 40% se tendrá: W = 9,420 x 0.6 = 5,652 kg Lo anterior implica que con nuestra pequeña prensa y 15 kg, se obtengan más de 5.5 toneladas de fuerza. Tipos de rosca




En el mercado existen diferentes tipos de roscas, su forma y características dependerán de para qué se quieren utilizar. La primera diferencia que se puede distinguir es su forma, ya que hay de cinco tipos de roscas: a) agudas o de filete triangular b) trapeciales c) de sierra d) redondas o redondeadas f) de filete cuadrado Las roscas de filete triangular o agudo se usan en tornillos de fijación o para uniones de tubos. Las trapeciales, de sierra y redondas se utilizan para movimiento o trasporte y las cuadradas casi nunca se usan.

Las roscas agudas o triangulares quedan definidas por los diámetros exterior (d), del núcleo (d1) y del de los flancos (d2), así como por el ángulo de los flancos (alfa) y su paso (h)

fig. Del libro Alrededor de las máquinas de Gerling

El sentido de las roscas es otra de sus características. Hay roscas derechas e izquierdas. La rosca derecha se tiene si al girar el tornillo de acuerdo a las manecillas del reloj este tiene penetración y la rosca




izquierda se tiene si al girar al tornillo en contra de las manecillas del reloj este avanza penetrando también.

Las roscas pueden tener una sola hélice (un sólo triángulo enrollado) o varios, esto indica que las roscas tendrán una o varias entradas.

A) Rosca sencilla B) Rosca doble C) Rosca triple Las roscas están normalizadas, en términos generales se puede decir que existen dos tipos fundamentales de roscas las métricas y las Whitworth. Las normas generales son las siguientes: Sistema métrico BS 3643: ISO Roscas métricas BS 4827: ISO Roscas miniatura o finas BS 4846: ISO Roscas trapeciales o trapezoidales BS 21: Roscas para conexiones y tubos de paredes delgadas Sistema inglés BS84: Roscas Whitworth BS93: Roscas de la British Assiciation (BA)




La mayoría de las normas se pueden encontrar en el manual Machinery's Screw Thread Book. Las principales características y dimensiones proporcionales de las roscas triangulares métricas y Whitworth se observan en los siguientes dibujos.


Rosca métrica en la que su altura (t1) es igual a 0.6495h y el radio de giro (r) del fondo es igual a 0.1082h


Rosca Whitworth en la que la profundidad (t1) de la rosca es igual a 0.64033h y el radio de giro (r) de su fondo y extremos es de 0.13733h Como se puede observar las principales diferencias entres los dos tipos de roscas son: Métrica. Los ángulos de los las espiras son de 60°, en tornillos se redondea el fondo de la rosca y las puntas son planas, en el caso de las tuercas mientras que en las Whitworth es de 55°. Otra gran diferencia es que mientras en las roscas métricas su parte externa de los filetes es chata a una altura t1=0,64595h y la interna redonda con r




= 0.1082h, en las Whitworth tanto la punta exterior como la parte interna son redondas, con altura de t1 = 0.64033h y r = 0.13733h. En las roscas métricas el paso se indica por el avance en milímetros por cada vuelta, mientras en las Whitworth se da por número de hilos por pulgada. Mecanizado o tallado de roscas Las roscas pueden fabricarse por medio de diferentes procesos de manufactura. El procedimiento seleccionado dependerá del número de piezas a fabricar, la exactitud y la calidad de la superficie de las hélices, el tallado más común de roscas es por medio de: a) machuelos o terrajas (manuales o de máquina) b) útiles de roscar en torno c) fresado d) laminado


a) Roscas con machuelo b) Roscas con terraja c) Roscas con útil de roscar d) Fresado de roscas e) Roscado por esmeril f) Laminado de roscas


Uso de machuelos o terrajas en torno para hacer una rosca Algunas veces se usan roscas fundidas o prensadas. Fabricación de roscas por medio de machuelos y terrajas




Es el método más sencillo y económico, se utiliza para roscas triangulares. El tallado se logra por medio de una herramienta de acero de alta calidad, que si es para hacer una rosca exterior o macho (como la de un tornillo) se llama terraja y cuando se requiere hacer una rosca interior o hembra (como la de una tuerca) se utilizan unas herramientas llamadas machuelos.

Machuelos Terraja El tallado de una rosca con terraja está limitado por las dimensiones del perno a roscar, en las roscas Whitworth el diámetro máximo es de 1 1/4 " y en las métricas es de 30 mm. Cualquier rosca mayor a 16 mm o 5/8 de pulgada debe iniciarse con un roscado previo, para evitar que se rompan los filetes. En el caso de roscas interiores fabricadas con machuelos, es muy importante hacer el barreno previo a la rosca con el diámetro adecuado, para definirlo de acuerdo a la rosca que se va a fabricar, existen normas como la DIN 336, de la cual se presenta un extracto a continuación. Roscas métricas Rosca* M3 M3.5 M4 M5 M6 M8 M10 M11 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 Para acero 2.5 2.9 3.3 4.2 5 6.7 8.4 10 11.75 13.75 15.25 17.25 19.25 20.75 23.75

Para fundición gris y latón

2.4 2.8 3.2 4.1 4.8 6.5 8.2 9.9 11.5 13.5 15 17 19 20.5 23.5

*En las roscas métricas su diámetro en mm se indica después de la letra "M" Roscas Whitworth Rosca* 1/4" 5/16" 3/8" 1/2" 5/8" 3/4" 7/8" 1" 1 1/8" 1 1/4" 1 3/8" 1 1/2" 1 5/8" 1 3/4" 2"

Para acero 5.1 6.5 7.9 10.5 13.5 16.5 19.25 22 24.75 27.75 30.5 33.5 35.5 39 44.5Para fundición 5 6.4 7.7 10.25 13.25 16.25 19 21.75 24.50 27.50 30 33 35 38.5 44




gris y latón Todos los diámetros están dados en milímetros. Recomendaciones para elaborar roscas con machuelos y terrajas Uso de machuelos

1. deben estar bien afilados 2. se debe hacer girar en redondo al machuelo, evitando el

cabeceo 3. cuándo se va a realizar una rosca grande, se debe iniciar con un

machuelo menor y en otras pasadas con machuelos de mayor tamaño, se debe aproximar al tamaño adecuado.

4. debe haber lubricación abundante. 5. se debe hacer la penetración de una vuelta y el retroceso del

machuelo para que la viruta salga y no se tape la rosca. Uso de terrajas

1. el dado de la terraja debe estar limpio y bien lubricado. 2. se debe hacer girar a la terraja en redondo y sin cabeceo. 3. el perno a roscar deberá estar preparado con un chaflán en la

punta a 45° 4. la terraja debe colocarse de manera perpendicular al perno a

roscar. 5. se debe hacer girar la terraja una vuelta y regresarla para

desalojar la viruta. 6. debe haber lubricación abundante.

Fabricación de roscas por medio del torno Se puede utilizar un torno de plantilla con husillo de trabajo móvil, como el que se muestra en la figura.


Como se puede observar en el extremo izquierdo del husillo principal se coloca una plantilla con la rosca que se quiere fabricar (a), ésta se acopla a una tuerca (b) que sirve de guía al husillo principal del torno. Observe que el husillo es el que se desplaza o avanza de acuerdo a lo




que requiere la plantilla, como lo demandaría un tornillo acoplándose a su tuerca, mientras que el útil de roscar está inmóvil.


En este tipo de tornos se pueden utilizar como útiles con varias puntas como los peines de roscar.

fig. Del libro Alrededor de las máquinas de Gerling Peines de roscar para rosca exterior e interior Por lo regular las roscas en los tornos se realizan por medio de varias pasadas no se recomienda desbastar en reversa.





Para el tallado de roscas también se pueden utilizar tornos de tipo horizontal, para ello se debe usar el husillo de guía y la tuerca matriz de los tornos horizontales. Observe en el dibujo, como se acoplan el husillo de roscar y el husillo principal por medio de los engranes de velocidades y como funciona la tuerca que cierra las mordazas. Esto hace que el carro del torno se mueva de acuerdo al husillo de roscar.


a) Tuerca de fijación b) tuerca de fijación cerrada Para lograr la fabricación de una rosca con el paso requerido, es necesario que se guarde la relación de revoluciones adecuada entre el husillo guía o de roscar y las de la pieza. Por ejemplo si se requiere tallar una rosca con paso de 4 mm el carro deberá tener un avance de 4 mm por cada revolución, si el husillo de roscar en cada vuelta avanza 4 mm la relación será de uno a uno. Pero si el husillo de roscar avanza 8 mm en cada revolución, éste deberá sólo dar media vuelta, mientras el husillo principal debe dar una vuelta, por lo que puede decirse que se requiere una relación de dos a uno, pues por cada vuelta de 8 mm que dé el husillo de roscar, la pieza deberá haber dado una, avanzando 4 mm. El ajuste de las relaciones se logra por medio del cambio de las ruedas dentadas que transmiten el movimiento del husillo principal al husillo de roscar. Lo anterior se puede observar en el siguiente dibujo.





Gs = paso de la rosca a tallar Ls = paso del husillo de roscar Z1 = número de dientes del engrane del husillo principal Z2 = número de dientes del engrane del husillo de roscar Z = rueda intermedia sin influencia en el cambio de revoluciones Ejemplo del cálculo del tallado de una rosca en un torno con engranes intercambiables. Se requiere una rosca con paso (Gs) de 2 mm y se tiene un torno con un husillo de roscar ( Ls) de 6 mm. ¿Qué engranes Z1 y Z2 debemos utilizar, para fabricar esta rosca? Lo primero que se debe hacer es establecer la relación que se requiere entre los dos pasos si el paso de la pieza debe ser 2 y el del husillo de roscar es 6 se tendrá que la relación es 2/6 = 1/3. Por lo que cualquier par de engranes que den esta relación servirán, así se pueden tener un engrane Z1 de 20 dientes y un Z2 con 60 dientes, como la relación de 20/60 es igual a 1/3 funcionará bien, como también lo hará con una relación de un Z1= 15 y un Z2=45. Si se requiere una relación muy pequeña se pueden poner más engranes entre el husillo principal y el husillo de roscar. Por ejemplo si se necesita hacer una rosca con paso de 1 mm y se tiene un husillo de roscar con paso de 12 mm, se tiene que la relación es de 1/12, como las ruedas dentadas con estas relaciones son difíciles de obtener, pues con una Z1de 10 dientes (la que es muy pequeña) se requerirá una Z2 de 120 dientes, la que es muy grande, por lo que se buscan dos quebrados que multiplicados nos den la relación de 1/12, por ejemplo 1/4 por 1/3, lo que nos indica que podemos utilizar una doble




reducción en nuestro torno, en la que se pueden usar las siguientes relaciones 20/80 y 20/60. Por lo que se pueden usar los siguientes engranes: Uno engrane motriz Z1 de 20 dientes, acoplado a uno de 80, a ese de 80 dientes se junta con uno de 20, con lo que ahora funcionará como motriz con esos 20 dientes, los que transmitirán su movimiento a uno de 60 dientes, el que es engrane Z4 que transmite el movimiento al husillo de roscar. Lo anterior se observa en el siguiente dibujo.

Existen juegos de engranes intercambiables en los tornos horizontales, por ejemplo es común encontrar juegos con los siguientes engranes: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 125, 127. Los husillos de roscar normalizados tienen los siguientes pasos: 4, 6, 12, 15, 24 en milímetros y 1/4 y 1/2 pulgadas. El hacer el cambio de las ruedas dentadas en los tornos es muy tardado y molesto, por lo que ya existen transmisiones que permiten las relaciones adecuadas, sin necesidad de los cambios físicos. En la mayoría de los tornos se instalan tablas con las que se obtienen las relaciones de las ruedas dentadas con las que cuentan las transmisiones. Para mayor información sobre este tema consultar:

• Alrededor de las Máquinas-Herramientas, de Heinrich Gerling, editorial Reverté. Páginas 185 a 209.

• Principios de Ingeniería de Manufactura, de Stewart C. Black, Vic Chiles et al. de la Compañía Editorial Mexicana. Páginas 434 a 451.

• Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental. Páginas 749 a 765.

• Ingeniería de Manufactura, de U. Scharer, J. A. Rico, J. Cruz, et al. Compañía Editorial Continental. Páginas 278 a 280.




• Materiales y procesos de manufactura para ingenieros. Lawrence E. Doyle et al.. Prentice Hall. Páginas 884 a 904.




Tema XIII Taladro

• Su uso y clasificación • La producción de los taladros • Características de las máquinas para taladrar • Tipos de taladros en el mercado • Bibliografía

Su uso y clasificación

Máquina herramienta que se utiliza para hacer perforaciones o dar terminado a barrenos o agujeros. Las diferentes actividades que se pueden realizar por medio de una máquina de taladrar se presentan en la siguiente tabla:

Actividad Herramienta Acabado Descripción Perforaciones o taladros

Broca ® Orificios que tienen terminado de desbastado, pueden ser rectos o cónicos. Las brocas son herramientas de dos filos y punta. (ver fotografía al final)

Escariado Penetrador o escariador

® ® Orificios con gran precisión en sus dimensiones, únicamente se fabrican de manera recta. Los penetradores son herramientas de varios filos para terminado de gran precisión, los que pueden ser manuales o para máquinas herramienta.

Barrenado Barrena ® ® ® Perforaciones pasantes con terminado de gran calidad, se consideran como operaciones de ajuste, mas que de perforación. La barrena es una herramienta sin punta y de varios filos. (ver foto al final)

Avellanado Avellanador ® Herramienta con punta de 75° o 90° que se utiliza para eliminar las orillas de los bordes de un agujero previamente realizado.

Ajuste Cuchillas de ajuste

® ® ® ® Herramienta que se coloca en el taladro para dar propiamente un terminado a un barreno previamente realizado. Las herramientas pueden ser de cuchillas ajustables o de fieltro.




Las perforaciones o taladros pueden ser pasantes o ciegos y estos a su vez pueden ser rectos o cónicos.

Los diferentes tipos de taladro van desde el berbiquí o taladro de pecho, hasta los grandes taladros industriales como el radial.

Clasificación de las máquinas para taladrar

Nombre Características Descripción Taladro de mano o pecho

El diámetro máximo de las brocas permisibles es de 5 mm. Sólo para materiales de poca dureza.

Son las máquinas más antiguas para taladrar, se operan con las manos y algunas tienen un dispositivo llamado matraca para permitir el ir y venir de la herramienta. También existen con algunos engranes.

Taladro manual eléctrico

Diámetro máximo de broca 10 mm, la máquina también se utiliza para pulir, o cortar con los discos adecuados. Tienen problemas en la precisión de los taladros ejecutados.

Son máquinas a las que a un motor eléctrico de les coloca un dispositivo de sujeción, en el cual se ponen las brocas o los dispositivos.

Se pueden utilizar en varios lugares pues son portátiles.

Taladro de mesa

Equipo que puede utilizar brocas de 12 mm y que produce barrenos de precisión (en cuanto al lugar en que se quieren hacer). No tienen avance automático.

Son equipos pequeños que cuentan con una base la que a su vez funciona como mesa de trabajo, columna no mayor a 60 cm y cabezal principal en el que se ubican dos poleas y los dispositivos para que funcione el husillo principal. Se puede colocar en un banco de trabajo y mover de lugar con facilidad relativa.

Taladro de columna

Equipo que puede utilizar brocas, barrenas, penetradores y avellanadores. Tiene avance automático y más de 6 velocidades en el husillo principal.

Puede ejecutar barrenos hasta de 30 mm.

Equipo pesado de precisión que está integrado por base, mesa de trabajo, columna, cabezal fijo, cajade velocidades, manivela de actuación, poleas de velocidades, motor y husillo principal.

Taladro en serie

Son varias cabezas de taladrar colocadas una después de la otra, con ellas se pueden hacer trabajos relacionados con los taladros en serie.

La máquina se podría describir como varias cabezas de taladro de columna con todos sus aditamentos compartiendo una sola mesa de trabajo.

Taladro múltiple

Un solo cabezal con varios husillos principales, los que pueden actuar al mismo tiempo haciendo varios barrenos o perforaciones en una sola

Una máquina con un cabezal fijo pero con varios husillos.




pasada. Taladro radial

Máquina de gran tamaño que mueve su cabezal, su mesa de trabajo y el husillo principal con motores independientes. También puede girar por lo menos 90° su cabezal, con lo que se pueden ejecutar barrenos de manera horizontal o inclinados.

Máquina con una base muy robusta sobre la cual se colocan la mesa de trabajo y sus aditamentos. También en la base se sustenta la columna, la que es de gran tamaño. En la columna se ubica un brazo que sostiene al cabezal principal con sus aditamentos y motor.

Taladro horizontal

Es una máquina que se utiliza para dar terminado a barrenos previamente ejecutados o para hacerlos más grandes. Opera de manera independiente su mesa de trabajo y la barra portadora de la herramienta.

Máquina de gran precisión y costo, en la que una pieza con un taladro previamente realizado puede ser aumentado el diámetro y mejorando su terminado.

la producción de los taladros

Los taladros son máquinas para la producción de pieza por pieza, no se utilizan para la fabricación de piezas en masa. Cuando es necesaria la fabricación de taladros, escariados o barrenos en grandes cantidades se utilizan las máquinas de control numérico. Estas máquinas con herramientas especiales muy parecidas a las brocas, barrenas o penetradores se realizan trabajos de producción masiva.

Consulte los siguientes sitios para mayor información:

www.torreda.com

www.imocom.com.co

http://www2.mm.co.jp/choko

www.kor-it.com/prodfrom.htm

www.wayance.com.tw

http://powermatic.com/md11140.htm

http://manufacture.com.tw

www.pritam.com/thakoor.htm

www.cuttermaster.com

www.marenaind.com/Marena/machines/index.html




Características de las máquinas para taladrar

• Potencia • Diámetro máximo de husillo principal • Número de velocidades • Distancia de carrera del husillo principal • Distancia del husillo la mesa de trabajo • Tamaño de la mesa de trabajo • Tipo de ranuras para sujeción de la mesa de trabajo • Sistema de avance automático

Programación

Para la programación del trabajo en las máquinas de taladrar es necesario aplicar la velocidad de corte y el avance recomendados.

Todas las máquinas herramienta como se especificó antes están sujetas a la buena utilización la velocidad de corte, la cual es igual a:

Vc = (Pi DN)/1000

En donde:

Vc = velocidad de corte

D = diámetro de la herramienta

N = número de revoluciones de la herramienta

Para programar el tiempo que se utilizará la máquina para un trabajo de barrenado determinado es necesario utilizar la fórmula de tiempo principal y aplicarla como se especificó en clase.

Tp = L/(S x N)

En donde:

Tp = tiempo principal utilizado en min




L = longitud total de trabajo incluyendo la longitud anterior y ulterior

S = avance recomendado en mm/rev

N = número de revoluciones por minuto de la herramienta

A continuación se presentan algunas velocidades de corte y los avances recomendados para brocas y barrenas.

Velocidades de corte y avance para brocas de acero rápido (SS)

Diámetro de la broca en mm

Material 5 10 15 20 25 30 Refrig

ACERO S 0.07 0.13 0.16 0.19 0.21 0.23 T o C

ST 60 a 80 kg/mm2

V 12 14 16 18 21 23

Fundición gris S 0.15 0.24 0.3 0.32 0.35 0.38 S

18 kg/mm2 V 24 28 32 34 37 39

Fundición gris S 0.15 0.24 0.3 0.33 0.35 0.38 S

22 kg/mm2 V 16 18 21 24 26 27

Latón S 0.1 0.15 0.22 0.27 0.3 0.32 T

40 kg/mm2 V 65 65 65 65 65 65

Bronce S 0.1 0.15 0.22 0.27 0.3 0.32 T o S

30 kg/mm2 V 35 35 35 35 35 35

Aluminio S 0.05 0.12 0.2 0.3 0.35 0.4 T o C

puro V 100 100 100 100 100 100

Refrigerantes: T = taladrina C = aceite de corte o de refrigeración S = seco

Velocidades de corte y avance recomendados para barrenas con dientes en espiral

Acero de herramientas (HS)

Acero rápido (SS)

Vc m/min

S mm/rev Vc m/min S mm/rev

Fundición gris 12 -18

8 -12 0.1 - 0.4 20 - 30 0.15 - 0.7




Fundición gris 18 - 30

3 - 6 0.1 - 0.4 15 - 20 0.1 - 0.4

Acero < 50 12 - 14 0.1 - 0.3 20 - 35 0.1 - 0.65

Acero 50 -70 8 - 9 0.1 - 0.3 20 - 30 0.1 - 0.55

tipos de taladros en el mercado

Broca y sus hélices Barrena

Taladro Radial Taladro Múltiple

Taladro en serie Taladro horizontal

Bibliografía

Título/Autor/editorial VI Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

581 a 608





237 a 239


318 a 349


123 a 126


149 a 200


662 a 691


77 a 107




Tema XIV Fresadora

• Clasificación de las máquinas fresadoras • Producción de las máquinas fresadoras • Algunos tipos de fresadoras en el mercado • Bibliografía

Es una de las máquinas herramienta más versátiles y útiles en los sistemas de manufactura. Las fresas son máquinas de gran precisión, se utilizan para la realización de desbastes, afinados y súper acabados.

De entre sus características se destaca que su movimiento principal lo tiene la herramienta y que la mesa de trabajo proporciona el avance y algunas veces la profundidad de los cortes.

Los trabajos que se pueden realizar por una fresadora son diversos; por ejemplo se pueden fabricar los dientes de un engrane, un cordón en una placa, un cuñero o formas determinadas sobre una superficie.

Clasificación de las máquinas fresadoras

Máquina Característica

Fresadora horizontal La fresa se coloca sobre un eje horizontal, que se ubica en el husillo principal. Realiza trabajos de desbaste o acabado en línea recta, generando listones o escalones. La herramienta trabaja con su periferia como se muestra en los dibujos.

La limitación de esta máquina es la profundidad a la que puede trabajar la máquina, ya que ésta dependerá de la distancia de la periferia de la herramienta, al eje de la máquina.

Fresadora vertical La fresa se coloca en un husillo vertical, éste al girar produce el movimiento principal. La herramienta trabaja con su periferia y con la parte frontal como se muestra en los dibujos.

La limitación de esta máquina es la fuerza perpendicular a la que se puede someter la fresa por la mesa de trabajo, para lograr el avance.

Fresadora Universal Es la combinación de una fresa horizontal y una vertical. Tiene un brazo que puede utilizarse para ubicar fresas en un eje horizontales y un cabezal que permite las fresas verticales.

Su limitación es el costo y el tamaño de las piezas que se pueden trabajar.




Como se menciona en el cuadro anterior y se observa en las ilustraciones correspondientes, los cortadores de las fresas pueden trabajar con su superficie periférica o con su superficie frontal. En el primer caso el trabajo puede ser en paralelo o en contra dirección, lo anterior se muestra en las ilustraciones. Con el trabajo en contra dirección la pieza tiende a levantarse, por lo que hay que fijar fuertemente a la misma con una prensa. Cuando el trabajo es en paralelo la fresa golpea cada vez que los dientes de la herramienta se entierran en la pieza.

Durante cada revolución los dientes de la las fresas sólo trabajan una parte de la revolución, el resto del tiempo giran en vacío, lo que baja la temperatura de la herramienta.

Fresado cilíndrico Fresado frontal

Fresado en paralelo Fresado en contra dirección

Producción de las máquinas fresadoras

Como en todas las máquinas herramienta, en las fresas es necesario calcular el número de revoluciones a las que deben operar.

n = (v x 1000) / (p x d)

La velocidad "v" se obtiene de la tabla siguiente:




Material de trabajo

Fresa cilíndrica b=100 mm

Fresa frontal b=70 mm

Fresa de disco b= 20 mm

Fresa de vástago b=25 mm

Platos de cuchillas b=180 mm

Sierras b= 2.5

mm

desbaste afinado desbaste afinado desbaste afinado desbaste afinado desbaste afinado desbaste Acabado Profundidad

a=5 a=0.5 a=5 a=0.5 a=5 a=0.5 a=5 a=0.5 a=5 a=0.5 a=10

Acero sin alear hasta 65 kg/mm2

vc S'

17 100

22 60

17 100

22 70

18 100

22 40

17 50

22 120

20 20

30 50

45 50

Acero aleado hasta 75 kg/mm2

vc S'

14 80

18 50

14 90

18 55

14 80

18 30

15 40

19 100

16 65

23 40

35 40

Acero aleado hasta 100 kg/mm2

vc S'

10 50

14 36

10 55

14 42

12 50

14 25

13 20

17 65

14 36

18 30

25 30

Fundición gris

vc S'

12 120

18 60

12 140

18 70

14 120

18 40

15 60

19 120

16 100

24 90

35 50

Latón vc S'

35 70

35 50

36 190

55 150

36 150

55 75

35 80

55 120

50 200

60 120

350 200

Materiales ligeros

vc S'

200 200

250 100

200 250

250 110

200 200

250 100

160 90

180 120

250 250

300 90

320 180

a= 5 mm equivale a desbastado a = 0.5 mm equivale a afinado b = ancho de la fresa en mm

vc = Velocidad de corte en m/min S'= Velocidad de avance en mm/min

b = ancho de la fresa




Para calcular la capacidad de producción de una máquina fresadora, es necesario conocer la cantidad máxima de viruta que esta puede desprender. Esto se puede obtener al multiplicar una constante de desprendimiento de viruta de las máquinas fresadoras que se denomina "cantidad de viruta admisible" o V', por la potencia de la máquina, la que se simboliza como "N". A continuación se presenta la fórmula para calcular la cantidad máxima de viruta que puede desprender una fresa.

Cantidad máxima de viruta posible que una máquina fresadora puede desprender

V=V' x N

En donde:

V= cantidad máxima de viruta posible en cm3/min.

V'= cantidad admisible en cm3/kwmin (constante que se da en tabla de viruta admisible)

N= potencia de la máquina en kw. (1 hp = 0.746 kw)

Tabla de viruta admisible en una fresadora (cm3/kw min)

Tipo de fresa Acero 35-60 kg/mm2

Acero 60-80 kg/mm2

Acero >80 kg/mm2

Fundición gris

Latón y bronce rojo

Metales ligeros

Fresa cilíndrica 12 10 8 22 30 60

Fresa frontal 15 12 10 28 40 75

El conocer la cantidad máxima de viruta que en una fresa se puede desprender, nos permitirá calcular la velocidad de avance que es más adecuada para la operación de la fresa, lo que se logra despejando s' de la siguiente fórmula.

V = (a x b x s')/1000

En donde:




a = profundidad del fresado

b = ancho del fresado

s' = velocidad de avance de la fresa

V = cantidad máxima posible de viruta

Despejando la velocidad de avance s', tenemos:

s' = (V x 1000) / a x b

Aunque como se puede observar en la tabla de velocidades ya se dan algunas velocidades de avance recomendadas, el utilizar las fórmulas no puede dar mayor certeza en la programación de la máquina y con ello evitar paros imprevistos.

Con la velocidad de avance (calculada o estimada de la tabla) se puede calcular el tiempo principal que se requerirá para realizar un trabajo con una fresa, esto se puede observar a continuación.

Tp = L /s'

En donde L es la longitud total, la que se compone de la suma de la longitud anterior, la longitud ulterior y la longitud efectiva

L = l + la + lu

Se debe recordar que el tiempo principal es el 60% del tiempo total de la fabricación.

Se recomienda la visita de los siguientes sitios:

www.bordonsoliver.com

www.dixi.ch/machines/dpc.html

www.denford.co.uk/index.html

www.cutting-tool.com.tw

www.hanita.com/html

www.midwestohio.com/midwest.htm




www.endmill.com

www.dijetusa.com

www.semcotool.com

Algunos de tipos de fresadoras en el mercado

Fresa vertical Fresa de control numérico

Algunas fresas y piezas obtenidas por el proceso de fresado

Elaboración de un plan de trabajo para la fabricación de una fresa y cálculo del tiempo de ejecución

Se pretende elaborar el plan de trabajo y calcular el tiempo principal para fabricar la pieza que se indica en el siguiente plano de taller. Este trabajo se realizará con una fresa de 2.5 hp. y con un cortador de vástago de b=25 mm.




Para calcular la cantidad máxima de viruta que se puede desprender con esta máquina se convierten los 2.5HP a kw-min

N = 2.5 hp x 0.746 kw/hp = 1.865 kw

Para este material (STt6012) se selecciona de la tabla la cantidad admisible de viruta que una fresa puede desprender.

V'= 12cm3/kw-min

Con esta cantidad se calcula la cantidad máxima de viruta que se puede desprender con esta fresa.

V=V'xN

V=(12cm3/kw-min)(1.865kw)=22.38cm3/min

Con la cantidad máxima de viruta que se puede desprender se puede calcular la velocidad del avance de la máquina que es recomendable utilizar.

S'=(V1000)/(a b)




S'=(22.38cm3 x 1000mm3/cm3)/(5 mm x 25 mm) = 179.04 mm/min

Con los datos anteriores se puede construir un plan de trabajo en el que se obtengan los tiempos principales que serán necesarios para fabricar la guía del plano.

# Actividad a b V S' l la lu L tp Pas #vuel Tp 1 Desbaste "a" 0.8 25 22.4 179 110 15 15 140 0.8 1 4 3.2 2 Desbaste "b" 1.6 25 22.4 179 110 15 15 140 0.8 1 2 1.6 3 Desbaste "c" 5 25 22.4 179 110 15 15 140 0.8 4 2 6.4 4 desbaste "d" 5 25 22.4 179 110 15 15 140 0.8 4 2 6.4 Total 17.6

Notas sobre la tabla y sus cálculos:

1. No obstante que en las operaciones 1 y 2 se podría haber seleccionado una velocidad de avance mayor debido a que la penetración es sólo para emparejar se decidió tomar la velocidad de avance S' máxima, como si se tuvieran 5 mm de profundidad.

2. Las longitudes anterior (la) y ulterior (lu) se toman de 15 mm debido a que como el cortador de la fresa es circular por lo menos debe haber salido del corte la mitad del mismo para que termine su trabajo. Así que se toma en ambos casos un poco más de la mitad del cortador.

3. Las pasadas (Pas) es el número de veces que se debe pasar la herramienta con la profundidad (a) indicada, para llegar hasta la dimensión de profundidad necesaria.

4. Número de vueltas (#Vuel) se refiere al número de veces que debe recorrer la longitud total (L) la fresa con la profundidad indicada, para cubrir la superficie a desbastar.

Como Tp es el 60% del tiempo total se debe obtener el 100% del tiempo necesario para la fabricación de la guía de la siguiente manera:

17.6 es a 60

X es a 100

X= (17.6 x 100)/60 = 29.33 min

Como son 750 piezas con una sola máquina requeriríamos 29.33 min x 750 piezas = 21,997.5 min. En días laborables de ocho horas son 45.83 días.

Se recomienda fabricar en el taller esta guía. Para evitar la ruptura de los cortadores use en lugar del acero recomendado un pedazo de alumnio o nylamine.

Bibliografía




Título/Autor/editorial VII Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

613 a 638


235 a 237


283 a 305


315 370


301 a 367


713 a 737


119 a 141




Tema XV Cepillo de codo

• Especificaciones de los cepillos de codo • Descripción • Transmisión de cepillo • Tipo de trabajo y movimientos • Herramientas de corte • Ajustes del cepillo • Cálculo de la producción de un cepillo • Bibliografía

Especificaciones de los cepillos de codo

• Carrera de carro • Ancho máximo de cepillado • Largo de la mesa de trabajo • Ancho de la mesa de trabajo • Penetración máxima de la herramienta • Sección de herramienta • Altura de la pieza a cepillar • Ancho de la prensa giratoria • Dobles carreras por minuto (max - min) • Potencia de la máquina • Peso neto

Descripción

Los cepillos de codo son también conocidos como máquinas mortajadoras horizontales, pueden trabajar piezas de hasta 800mm de longitud y generan acabados de desbaste (Ñ ) o de afinado (Ñ Ñ ).

La cepilladora para metales se creó con la finalidad de remover metal para producir superficies planas horizontales, verticales o inclinadas, dónde la pieza de trabajo se sujeta a una prensa de tornillo o directamente en la mesa. Las cepilladoras tienen un sólo tipo de movimiento de su brazo o carro éste es de vaivén, mientras que los movimientos para dar la profundidad del corte y avance se dan por medio de la mesa de trabajo.

Los cepillos emplean una herramienta de corte de punta, semejante a la del torno. Ésta herramienta se fija a un porta útiles o poste, fijado a su vez a una corredera o carro, como ya se mencionó, esta tiene movimiento de vaivén,




empujando la herramienta de corte de un lado a otro de la pieza. La carrera de la corredera hacia adelante es la carrera de corte. Con la carrera de regreso, la herramienta regresa a la posición inicial. Cuando regresa, la mesa y la pieza avanzan la cantidad deseada para el siguiente corte, es decir, un arete (carro) impulsa la herramienta de corte en ambas direcciones en un plano horizontal, con un movimiento alterno. Éste movimiento rectilíneo alternativo comprende una carrera activa de ida, durante la cual tiene lugar el arranque de viruta, la carrera de retorno pasiva en vacío.

Mecanismos de transmisión del cepillo

Para el vaivén del carro se usa una corredera oscilante con un mecanismo de retorno rápido. El balancín pivotado que está conectado al carro, oscila alrededor de su pivote por un perno de cigüeñal, que describe un movimiento rotatorio unido al engranaje principal. La conexión entre el perno de cigüeñal y el balancín se hace a través de un dado que se desliza en una ranura en el balancín y está movido por el perno del cigüeñal. De ésta manera, la rotación del engranaje principal de giro mueve el perno con un movimiento circular y hace oscilar al balancín. El perno está montado sobre un tornillo acoplado al engranaje principal de giro, lo que permite cambiar su radio de rotación y de ésta forma variar la longitud del recorrido del carro portaherramientas. El recorrido hacia adelante o recorrido cortante, requiere una rotación de unos 220º del engranaje principal de giro, mientras que el recorrido de vuelta requiere solamente 140º de rotación. En consecuencia la relación de tiempos de recorrido cortante a recorrido de retorno es del orden de 1.6 a 1. Para poder usar varias velocidades de corte, existen engranajes apropiados de transmisión y una caja de cambios, similar a la transmisión de un automóvil.




Como una pieza de trabajo, grande y pesada y la mesa deben ser movidos a baja velocidad por su peso, las cepilladoras tienen varios cabezales para poder efectuar varios cortes simultáneamente por recorrido y aumentar así la productividad de la máquina. Muchas cepilladoras modernas de gran tamaño llevan dos o más herramientas por cabezal puestas de tal forma que se colocan automáticamente en posición, de tal forma que el corte se realiza en ambas direcciones del movimiento de la mesa. Éste tipo de disposición aumenta obviamente la productividad de la cepilladora.

A pesar de que las cepilladoras se usan comúnmente para maquinar piezas de gran tamaño, también se utilizan para maquinar simultáneamente un número de partes idénticas y menores, que se pueden poner en línea sobre la mesa.

El tamaño de un cepillo está determinado por la longitud máxima de la carrera, viaje o movimiento del carro. Por ejemplo, un cepillo de 17” puede maquinar un cubo de 17”.

Tipo de trabajo y movimientos

Los cepillos pueden generar escalones, chaflanes, ranuras o canales de formas especiales.

El movimiento principal lo tiene la herramienta, la cual va sujeta a una torre del brazo o ariete del cepillo.

El movimiento de avance lo proporciona la mesa de trabajo por medio de un dispositivo llamado trinquete, el cual durante la carrera de trabajo de la herramienta no se mueve, pero al retroceso sí lo hace.

El movimiento de penetración en el cepillo se logra por medio del ajuste de la mesa de trabajo.




mp = movimiento principal S = avance Ret. = retroceso a = penetración

Herramientas de corte para cepillos de codo

Las herramientas de corte que se usan en los cepillos son semejantes a las que se usan en los tornos. La figura muestra herramientas de corte para diversas operaciones de maquinado que se llevan a cabo con el cepillo. La mayor parte de las herramientas de corte para cepillos sólo necesitan una pequeña cantidad de desahogo; por lo general de 3 a 5º para desahogo frontal y lateral. Los ángulos de inclinación laterales varían según el material que se esté maquinando. Para el acero se usa por lo general de 10 a 15º. El hierro colado necesita de 5 a 10º y el aluminio de 20 a 30º de inclinación lateral.

Los portaherramientas que usan los cepillos de codo también se asemejan a los de los tornos. Sin embargo, el agujero cuadrado por el que pasa la herramienta es paralelo a la base en los portaherramientas para cepillo. Con frecuencia se usa el portaherramientas universal o de base giratoria. Como se ve en la figura el portaherramientas universal se puede girar para cinco tipos distintos de cortes:




En los cepillos se usan varios tipos de sujetadores de piezas. En cada tipo se necesita prensar la pieza en forma rígida. Si la pieza se mueve durante una operación, puede dañar seriamente al cepillo, o al operador.

La mayor parte de las piezas por maquinar en el cepillo se pueden sujetar en una prensa. Las barras paralelas se usan para soportar a la pieza sobre las quijadas de la prensa, en sentido paralelo a la mesa y parte inferior de la prensa. También se utilizan las bridas y los tornillos en T para fijar a las piezas o a las prensas sobre la mesa de trabajo.

Ajustes del cepillo

Antes y durante las operaciones de cepillado es necesario realizar ciertos ajustes. Estos ajustes bien realizados nos ayudarán a incrementar la producción.

La mayor parte de las piezas que se maquinan en un cepillo se sujetan con una prensa, por lo tanto, los procedimientos, preparaciones y operaciones que se describen a continuación se aplican cuando la pieza se monta en una prensa.

Ajustes del carro

Se deben hacer los ajustes en el carro, antes de maquinar la pieza. Primero se debe ajustar la longitud de la carrera. Esto se hace haciendo girar el eje de ajuste de carrera o selector de carrera. La mayor parte de los carros tienen una




escala con un indicador para señalar la longitud de la carrera. Ésta se ajusta cuando el carro está en su posición extrema de regreso. Por lo general se ajusta a una pulgada más de la longitud de la pieza que se va a maquinar.

El segundo ajuste es para colocar la herramienta. El carro se ajusta de tal modo que la carrera pase por toda la longitud de la pieza. Para ajustar la posición correcta del carro, éste debe encontrarse en la posición extrema de la carrera de regreso.

Ajustes de velocidad y avance

La velocidad de un cepillo es el número de carreras de corte que hace el carro en un minuto. La que se seleccione para el cepillo depende de lo siguiente:

· Tipo del material que se va a cortar. · Tipo de herramienta de corte. · Rigidez de la preparación y de la herramienta de maquinado. · Profundidad de corte. · Uso de fluidos de corte.

Existen tablas para determinar el número de dobles carreras recomendables, más adelante se muestra una de esas tablas.

Avances

El avance en el cepillo es la distancia que recorre la pieza después de cada carrera de corte. Por lo general, el avance necesario depende de las mismas variables que determinan las velocidades de corte. Los avances del cepillo de manivela se regulan mediante una biela de avance.

Cálculo de la producción de un cepillo

Para el cálculo de la producción de la máquina cepilladora es necesario conocer el número de dobles carreras que se deben realizar, para ello se utiliza la siguiente fórmula:

n = Vm /(2L)

En donde

n = número de dobles carreras Vm = velocidad media de la máquina en m/min L = longitud a cepillar más las longitudes anterior y posterior en metros




La velocidad media de la máquina se puede obtener de la siguiente fórmula o tabla de datos.

Fórmula para la obtención de la velocidad media

Vm = 2 ((va x vr)/(va + vr))

En donde

va = velocidad de trabajo vr = velocidad de retroceso

Estas se obtienen de dividir la longitud total L (m) entre el tiempo que la máquina tarda en la carrera de trabajo o de retroceso.

va = L/ta

vr = L/tr

No olvidar que:

L = la + lu + l

la se recomienda = 0.1 m y lu se recomienda = 0.05 m

Tabla para determinar la velocidad de corte (m/min)

Resistencia del acero

Herramientas 40 60 80 Fundición gris

Bronce rojo o latón

Acero HS 16 12 8 12 20

Acero rápido SS

22 16 12 14 30

Para ∇ , s = 1 a 2 mm/dc Para ∇ ∇ , s = 0.5

vr = 2 va a =3 s

Elección de dobles carreras

Longitud de carrera en mm




Dobles carreras 100 200 300 400

28 5.3 10.2 14.2 18.2

52 9.8 19 26.2 33.6

80 15.2 29 41 52

Para calcular el tiempo principal haga lo siguiente:

a) Calcule el número de dobles carreras que serán necesarias para el trabajo de la pieza por medio de la fórmula.

Z = B/s

En donde: Z es el número de dobles carreras para el trabajo total en la pieza B es el ancho de la superficie a trabajar en mm (B=b+10) S es el avance de la máquina

b) Calcule el tiempo que la máquina utiliza en cada doble carrera.

t = ta + tr

En donde: ta es el tiempo que ocupa la máquina en la carrera de trabajo (min) tr es el tiempo que ocupa la máquina en la carrera de retroceso (min) t es el tiempo total de una doble carrera (min)

c) Calcule el tiempo principal de cepillado por medio de la siguiente fórmula.

tp = Z x t

Z, fue calculada en el paso a t, fue calculado en el paso b




Elabore un plan de trabajo para fabricar una pieza como la que se muestra en el siguiente dibujo.

Bibliografía




Título/Autor/editorial VIII Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

641 a 653


228 a 235


254 a 262


369 a 380


696 a 710


144 a 162




Tema XVI Esmeril y abrasivos

• Generalidades • Cálculo de la producción en las muelas • Bibliografía

Generalidades Los trabajos de manufactura realizados por medio de piedras de esmeril pueden ser:

a. Desbaste b. Afilado c. Terminado d. Corte

Los esmeriles son conocidos también como muelas y se componen de granos abrasivos y de un material aglutinante que los mantiene unidos. Existen varias clases de material abrasivo:

Material abrasivo Nombre de los materiales Natural Corundum, esmeril y cuarzo Artificiales Electrocorumdum, corindón artificial, carborundum (carburo de

silicio)

Los granos abrasivos en los esmeriles pueden tener diferentes tamaños. Cuando el grano es muy grueso se tiene gran rendimiento pero las superficies resultantes son ásperas. Con grano fino se tienen rendimientos reducidos en cantidad de viruta desprendida pero con superficies con acabados de calidad. Los aglutinantes pueden ser minerales o vegetales. Los minerales son por lo regular de magnesita que endurecen con el aire, como son sensibles a la humedad las muelas con estos aglutinantes sólo pueden ser operadas en seco. También como aglutinantes minerales se manejan los que tienen como base a los silicatos, los que sí pueden trabajar en húmedo.




Los aglutinantes vegetales se componen de caucho, goma laca, o bakelita, son tenaces y elásticos pueden emplearse en muelas que se vayan a utilizar con altas temperaturas. La dureza de las muelas se refiere a la dureza de los aglutinantes. Las muelas duras son porque el aglutinante es muy duro y las blandas por que su aglutinante es blando. Las muelas blandas se utilizan para materiales duros y las duras para materiales blandos. Las muelas tienen tres designaciones

1. Designación de su granulado la que se indica con números que van desde el 8 hasta el 600.

muy basto 8 a 10 fino 70 a 120

basto 12 a 24 muy fino 150 a 240

medio 30 a 60 pulverulento 280 a 600

2. Los números se refieren a la malla del material abrasivo 3. Designación de la dureza de las muelas, la que se indica por medio de

letras.

Muy blanda E,F,G Dura P,Q,R,S

Blanda K,I,J,K Muy dura T,U,V,W

Media L,M,N,O Durísima X,Y,Z

4. 5. Designación de la estructura. Se considera como estructura a la

porosidad de la muela; compacta, media o porosa, se representa por medio de números romanos.

Compacta I, II, III Media IV, V, VI Porosa VII, VIII, IX

Con las designaciones anteriores se pueden interpretar algunas de las normas para la elección de muelas (ejemplo extracto de las normas DIN 69102).




Tipo de esmerilado

Material Diámetro hasta 300mm

Diámetro de 350 a 450mm

Diámetro de 450 a 600mm

Exterior Acero templado 60 L 50 L 46 L Acero sin templar 60 M 50 M 46 M Fundición gris 60 I 50 J 46 J Diámetro hasta 16mm Diámetro de 16 a 36mm Diámetro de 36 a 80mm Interior Acero templado 80 L 60 K 46 J Acero sin templar 80 M 60 L 46 J Fundición gris 80K 60 J 46 I Muela plana hasta

200mm Muela de vaso hasta de 200mm

Muela de segmentos

Plano Acero templado 46 J 36 J 30 J Acero sin templar 46 K 46 K 24 K Fundición gris 46 I 46 I 30 J

Cálculo de la producción en las muelas Como en todas las máquinas herramienta las muelas utilizan una velocidad de corte, la cual también es conocida como velocidad periférica de la muela. Su cálculo se logra por medio de la siguiente fórmula: Vs = (p D n)/ (1000 x 60) En donde n = número de revoluciones de la muela

D = diámetro de la muela en mm

Vs = velocidad periférica de la muela o velocidad de corte en m/s Por lo regular las Vs se encuentran en las tablas de los fabricantes de piedras de esmeril, como se muestra a continuación para afilado y desbarbado:

Tipo de esmerilado Material Velocidad de corte m/s Aglutinante

Afilado de herramientas Acero de herramientas 15 a 25 Cerámico vegetal Afilado de herramientas Acero rápido 15 a 25 Cerámico vegetal Afilado de herramientas Metales duros 25 a 45 Cerámico vegetal Desbarbado o limpieza a mano Metal ligero 15 Cerámico Desbarbado o limpieza a mano Fundición gris o bronce 25 Cerámico Desbarbado o limpieza a mano Acero o fundición maleable 30 Cerámico




La penetración o profundidad por pasada es de:

Desbastado: 0.01 a 0.03 mm

Afinado: 0.0025 a 0.005 mm Tabla de velocidad periférica cuando la pieza se mueve (m/s)

Material Terminado Esmerilado cilíndrico

Esmerilado interior

Acero blando Desbastado 12 a 15 16 a21 Acero blando afinado 9 a12 No Acero templado Desbastado 14 a 16 No Acero templado afinado 9 a 12 18 a 23 Fundición gris Desbastado 12 a 15 No Fundición gris afinado 9 a 12 18 a 23 Latón Desbastado 18 a 20 No Latón afinado 14 a 16 25 a 30 Aluminio Desbastado 40 a 50 No Aluminio afinado 28 a 35 32 a 35

Avance lateral por revolución de la pieza en fracciones de la anchura de la pieza

Material Acabado Esmerilado cilíndrico

Esmerilado interior

Acero Desbastado 2/3 a 3/4 1/2 a 3/4 Afinado 1/4 a 1/3 1/5 a 1/4 Fundición gris Desbastado 3/4 a 5/6 2/3 a 3/4 Afinado 1/3 a 1/2 1/4 a 1/3

Cálculo del tiempo principal del esmerilado

Para trabajo en una carrera simple

Tp = (L x i)/(s x Nw)

Para trabajo en dobles carreras




Tp = (2 x L x i)/(s x Nw)

En donde: L es la longitud de la pieza a esmerilar

i es el número de cortes o pasadas

(i = Exceso para el rectificado/Profundidad de la pasada) s es el avance en mm por cada revolución de la pieza

Nw número de revoluciones de la pieza por minuto

Máquina de esmerilar automática




Bibliografía Título/Autor/editorial IX Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

681 a 714


241 a 244


349 a 368


373 a 398


381 a 411


771 a 823


163 a 183




Tema XVII Control numérico y sistemas automáticos

• ¿Qué se automatiza en las máquinas herramienta? • Tipos de control en las máquinas automáticas • Bibliografía

El objeto del control numérico es lograr la automatización en la fabricación de piezas. Deberá tenerse en consideración que la automatización no implica producción masiva, la automatización debe observarse como la manufactura de piezas que cumplen con especificaciones rigurosas y en las que para su fabricación intervino poco la mano del hombre.

El objeto de las máquinas automáticas es poder reproducir las piezas diseñadas el número de veces que sea necesario y disminuir al máximo la intervención del hombre en la operación de la máquina.

Con las máquinas automáticas se logra lo siguiente:

• Reproducción de las piezas con gran similitud • Alta calidad en los acabados y en las medidas • Poca participación de los operadores de las máquinas • Control de la producción

En las operaciones de automatización se pueden incluir las siguientes acciones:

• Alimentación del material a procesar • Procesamiento del material de acuerdo a las necesidades • Transferencia de productos de unas máquinas a otras • Inspección de trabajos • Expulsión de trabajos terminados

La automatización implica autocorrección, esto significa que para lograr la automatización de una máquina herramienta no sólo es necesaria la coordinación de las partes de la máquina, sino que también deberá incluirse que la máquina debe inspeccionar y con los servomecanismos adecuados, corregir las deficiencias o variaciones detectadas.

Cuando una máquina puede recibir sus instrucciones por medio de un código numérico se dice que la máquina es de control numérico. Por lo regular estos




códigos son aceptados por las máquinas herramientas por medio de tarjetas, cintas o programas de computadora.

Es importante no confundir a una máquina automática con un centro de maquinado.

Una máquina automática con o sin control numérico es una máquina que permite la fabricación, de manera repetida, de piezas con muy poca participación del hombre en la operación de la máquina. Su objeto no es fabricar muchas piezas sino fabricarlas sin que el hombre se preocupe por su operación.

Los centros de maquinado CNC son máquinas totalmente automáticas en las que su objetivo es la producción a gran velocidad de muchas piezas u objetos. En la operación de estas máquinas tampoco participa el hombre.

Las máquinas herramienta automáticas logran su objetivo de operación por medio de motores especiales que manejan a las piezas o a las herramientas de corte de acuerdo a las necesidades de la manufactura. Los motores ejecutan los movimientos que los operadores harían para producir las piezas. Las operaciones de inspección y auto corrección se llevan a cabo por medio de sensores, los que pueden ser mecánicos, eléctricos, electrónicos, sonoros, magnéticos, térmicos o de detección de luz.

¿Qué se automatiza en las máquinas herramienta?

Como todas las máquinas herramienta deben operar con tres movimientos: principal, avance y penetración, estos deben ser automatizados y controlados para arrancar y parar cuando sea necesario. Los movimientos se logran por medio de motores de paso a paso y el arranque y paro, se logra por medio de sistemas de control de bucle abierto o cerrado, los que previamente programados establecen cuando arrancar y cuando parar de acuerdo a la posición o velocidad que tiene la pieza o la herramienta.

Por lo regular las máquinas herramienta operan en tres ejes (Z, X, Y, ver tema de elementos básicos de las máquinas), en esos tres ejes es donde se controla el movimiento y además se colocan los sensores. Hay máquinas que pueden controlar varios ejes más, diferentes a los básicos.

Los motores y sensores reciben las instrucciones de operación de las unidades de control o lectoras, estas pueden ser desde una simple lectora de cinta magnética o perforada, hasta una computadora, en la que con un software




especial (CAD/CAM) reciben la información y la transmiten a los motores y sensores de las máquinas.

Las instrucciones en cintas magnéticas o perforadas fueron utilizadas al inicio de las máquinas con controles numéricos. En estas máquinas la información la recibían de las instrucciones especificadas en las cintas. Las cintas utilizaban ocho pistas en las que en lenguaje binario se introducían los códigos de ejecución de las máquinas.

Muestra de una cinta perforada

Tipos de control en las máquinas automáticas




Los sistemas de control de las máquinas automáticas pueden ser de bucle (circuito) abierto o cerrado. Los primeros reciben las instrucciones y las ejecutan al pie de la letra, deteniendo su acción cuando los sensores reciben la información de que se ha cumplido con lo programado.

Los sistemas de bucle cerrado son aquellos que tienen retroalimentación, esto quiere decir que cuando los sensores reciben información diferente a la que deben estar recibiendo tratan de corregir la operación del motor.

Las máquinas de control numérico tienen una parte mecánica que es operada por motores, engranes, poleas, pistones y palancas. Estos aditamentos son alimentados energía que es enviada por sensores, o dispositivos electrónicos que controlan en tiempo y en características la energía que va a generar la operación mecánica de más máquinas. Los sensores o dispositivos electrónicos son activados por señales que provienen de un controlador, el que puede ser programado directamente o por medio de una computadora con el software adecuado.

En el mercado existen una gran cantidad de máquinas automáticas, semiautomáticas, de control numérico o de alta producción. Se sugiere visitar los siguientes sitios y tomar los cursos de manufactura avanzada del laboratorio de la Universidad La Salle.

• http://www.troy-jenn.com/ • http://www.flashcutcnc.com/ • http://www.bpt.com/ • http://www.chironamerica.com/ • http://www.cncengineering.com/ • http://www.clausing-industrial.com/ • http://www.cnc-machinery.com/ • http://www.daniluk.com/ • http://www.denford.com/ • http://www.giddings.com/fadal/overview/default.htm




Bibliografía

Título/Autor/editorial X Páginas Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald y M. Begeman. Compañía Editorial Continental.

499 a 515


377 a 385


368 a 375


446 a 454


972 a 1015


184 a 225




Tema XVIII La contaminación ambiental y los Ingenieros Industriales

• Introducción • Ecología y Ecosistema • Contaminación del aire • Contaminación del agua • Contaminación del suelo • Control de emisiones contaminantes del aire • Cámaras de sedimentación • Separadores centrífugos • Colectores húmedos • Filtros de tela o bolsas • Precipitador electrostático • Bibliografía y referencias a consultar

Introducción

Tradicionalmente la actividad del ingeniero industrial en los sistemas productivos, se ha centrado en la organización y programación de los procesos necesarios para cumplir con los objetivos de producción, el cuidado de la calidad, el cumplimiento de tiempos estándar y control de los costos. En la época actual en la que la sociedad demanda la participación ética de todos los profesionales, para procurar el beneficio de sus semejantes y la conservación de la especie o al menos del medio ambiente para que ésta perdure el máximo tiempo posible, el ingeniero industrial adquiere otra responsabilidad en su quehacer diario, ésta es la de producir cuidando el medio ambiente y lo responsabiliza ante toda la humanidad.

De acuerdo a lo anterior, el ingeniero industrial deberá incluir entre sus conocimientos lo necesario para contribuir a la producción de bienes o servicios con la mentalidad de no modificar las condiciones del medio en el que se desarrollan los seres vivos.

En el curso de procesos de manufactura II de la universidad La Salle, sólo se da una breve introducción sobre la contaminación ambiental y algunos equipos de control. Se deja al interés y responsabilidad de los alumnos de esta carrera continuar el aprendizaje de esta importante materia, tan amplia y compleja que en algunas instituciones es una licenciatura, maestría o doctorado.

Ecología y ecosistema




La ecología es el estudio de los seres vivos y el medio en el que viven. El término fue usado por primera vez por Ernst Haekel en 1870 y se puede decir que todas las actividades del hombre están relacionadas con la ecología, esto la convierte en una parte de la biología muy complicada y que está relacionada con otras ciencias. La vida de los seres vivos siempre dependerá de otros seres vivos y desde luego de que las condiciones de su medio sean las adecuadas para su existencia. Se puede decir que no hay un solo ser vivo que sea autosuficiente o autógeno, ya que su alimentación, reproducción o subsistencia como especie, siempre dependerá de otros seres vivos, a esto se le llama ecosistema. Así se puede decir que un ecosistema es el conjunto de acciones que se dan entre varios seres vivos que permite la subsistencia de alguno o varios de ellos. Una forma más cruel pero sencilla de definir el concepto de ecosistema es ver quién se como a quién.

Uno de los ejemplos más trillados de los ecosistemas son las cadenas alimenticias, o los ciclos del carbono, el nitrógeno o el agua, sin embargo existen millones de ejemplos de ecosistemas que aparentemente no tienen nada que ver con la subsistencia de los seres vivos. Por ejemplo cuando la viuda negra se come al macho después del apareamiento se dice que es porque en sus crías habrá más machos, que hembras, por lo que una forma de lograr el equilibrio en es especie es eliminando al macho, desde luego además que le sirve de alimento durante la gestación.

Lo importante es estar consciente de que los seres vivos encuentran en su medio o ambiente todos los factores biológicos (bióticos) o físicos y químicos (abióticos) necesarios para subsistir como especie y al relacionarse o utilizar estos factores se establece un ecosistema. Los factores bióticos son todos los seres vivos que existen en su medio y los abióticos son como el agua, la energía solar, el viento, el suelo, los minerales y las sustancias en general del medio.

El hombre en su afán de vivir con mayores comodidades y con menos preocupaciones, no se ha preocupado por conservar el equilibrio que debe darse de manera natural entre el hombre y los factores bióticos y abióticos, lo que lo pone en peligro de extinción como especie.

Habrá que recordar que los ecosistemas no son estables, ya que estos cambian de acuerdo a las condiciones climáticas o incluso de acuerdo a los factores disponibles en los propios sistemas. Dado que el hombre ha estado influyendo en los factores de los ecosistemas se han generando modificaciones que pueden ser irreversibles y muchas ocasiones fatales para algunas especies, incluyendo al propio hombre.

El ingeniero industrial puede contribuir de alguna manera a evitar la modificación de los factores abióticos en los ecosistemas. Esto lo hará al




procurara que no se modifiquen las características naturales del agua, atmósfera o suelo.

Con lo antes señalado, se puede decir que contaminación ambiental es la presencia de materia o energía que impiden las funciones vitales del hombre, los animales o plantas que se desarrollan en la naturaleza.

Contaminación del aire

Los principales contaminantes del aire son:

1. Las partículas sólidas o polvos. Son generadas por tolvaneras, plantas de energía eléctrica y procesos de fabricación diversos. Estas se miden por su tamaño y se clasifican como toxicas, si generan alguna reacción en el cuerpo humano, en los animales o las plantas.

2. Los gases. La mayoría se emiten por los procesos de combustión o por reacciones químicas en procesos industriales. Los procesos de combustión pueden ser móviles como los que se generan en los vehículos automotores o estacionarios por ejemplo los calentadores domésticos. Algunas de las principales emisiones producto de la combustión son: el monóxido de carbono, los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno y el bióxido de carbono. Los principales procesos industriales que generan contaminantes gaseosos son la industria petroquímica, la industria de la galvanoplastía, la producción de energía eléctrica y otras.

También se considera como parte de la contaminación del aire por gases la emisión de olores como los que se desprenden de las plantas de procesamiento de alimentos para animales o las harinas de pescado o ave. Los gases se miden por su toxicidad, explosividad, corrosividad o por las reacciones que producen en los seres vivos.

3. El ruido. Por lo regular es producto de una operación industrial que maneja grandes cantidades de materiales y energía. Se mide en decibeles y las frecuencias de honda de las emisiones.

Contaminación del agua

La contaminación del agua se puede dar en tres diferentes ámbitos el campo, las zonas urbanas o la industria.




La contaminación de las aguas de uso agrícola se puede deber al arrastre de sustancias utilizadas para abonar o fumigar los campos agrícolas. Entre los principales contaminantes que se encuentran en esta agua se tienen los de origen orgánico como: aminoácidos, ácidos grasos y ésteres, y los inorgánicos como las sales de sodio, potasio, calcio y magnesio. Con estos contaminantes se disminuye el oxígeno disuelto del agua y se aumenta el número de bacterias.

La contaminación del agua en zonas urbanas es muy diversa pues las aguas urbanas reciben grandes cantidades de materia fecal, de jabón, aceites y plásticos. Para su tratamiento se han desarrollado plantas de tratamiento de aguas de gran tecnología y eficiencia.

La contaminación del agua producto de las actividades industriales producen grandes problemas a los mantos freáticos y los receptores naturales en los que se vierten. Se puede considerar que cada vez que se hace una descarga en un lago, río o mar de un contaminante se genera un desastre ecológico, el que producirá millones de muertes y desequilibrio ecológico. Los principales contaminantes del agua producto de la actividad industrial son:

1. Aumento de temperatura.

2. Modificación del PH. (El neutro es 7)

3. Grasas y aceites.

4. Sólidos en suspensión

El control de los contaminantes en las aguas se realiza por medio de plantas de tratamiento de aguas, las que pueden funcionar con principios físicos, químicos o biológicos dependiendo del tipo de contaminantes.

Tratamiento de Aguas

Con los tratamientos de aguas se pretende disminuir, controlar o eliminar aquellos elementos que alteran las condiciones originales del agua. Esto permitirá volverlas potables o reutilizables, con lo que se evitará el desperdicio o tenerlas que extraer o traer nuevamente para ser utilizadas el hogar o la industria.

En la actualidad todas las emisiones de aguas contaminantes de la industria, deben ser tratadas y además en la mayoría de las grandes ciudades sus aguas residuales son tratadas en enormes plantas de tratamiento.




El tratamiento de aguas nos permite el mayor aprovechamiento y aprovisionamiento del agua, ya sea para necesidades domésticas, industriales o de riego.

Fuentes del agua

La fuente esencial del agua potable es la lluvia, utilizada en pocas ocasiones como fuente directa, excepto en islas rodeadas de agua salada, como las Bermudas, donde el agua de lluvia se recoge en cisternas que constituyen la única fuente de aprovisionamiento. Cuando llueve en abundancia, el agua corre por arroyos, y cuando llueve con menos intensidad, se filtra en el suelo a través de los estratos porosos hasta encontrar un estrato impermeable en el que el agua se acumula, formando depósitos subterráneos. El agua subterránea alimenta fuentes y manantiales, que a su vez proporcionan agua a ríos, arroyos y lagos. En su discurrir, el agua subterránea disuelve minerales solubles, y a menudo las aguas superficiales de lagos y ríos está contaminada por desechos industriales y actividades de depuración. En los modernos sistemas de abastecimiento de aguas, suelen convertirse cuencas enteras en reservas para controlar la contaminación. Las aguas son embalsadas mediante un sistema de presas, y conducidas a las redes de distribución local por la fuerza de la gravedad o con ayuda de bombas.

La calidad del agua de estas fuentes varía considerablemente. Las aguas superficiales suelen ser más turbias y contener mayor cantidad de bacterias que las subterráneas, pero éstas tienen mayores concentraciones de productos químicos en disolución. El agua de mar contiene altas concentraciones de productos químicos disueltos y algunos microorganismos. Al ser tan variada la calidad del agua, dependiendo de la fuente de obtención, las compañías suministradoras y las autoridades han de cumplir con ciertos requisitos para el agua potable establecidos por las normativas de la Comunidad Europea o de la Organización Mundial de la Salud.

Tratamientos

Los olores y sabores desagradables del agua se eliminan por oxigenación. Las bacterias se destruyen añadiendo unas pocas partes por millón de cloro, y el sabor del cloro se elimina con sulfito de sodio. La dureza excesiva del agua, que la hace inservible para muchos usos industriales, se consigue reducir añadiendo cal débil o hidratada, o por un proceso de intercambio iónico, utilizando zeolita como ablandador. La materia orgánica en suspensión, con vida bacteriana, y la materia mineral en suspensión, se eliminan con la adición de agentes floculantes y precipitantes, como




alumbre, antes del filtrado. La fluoración artificial del agua para consumo público se lleva a cabo en algunos países para prevenir la caída de los dientes.

Historia

Los pueblos antiguos no necesitaban obras de ingeniería para su aprovisionamiento de agua. Cazadores y nómadas acampaban cerca de las fuentes naturales de agua fresca, y las poblaciones estaban tan dispersas que la contaminación del agua no constituía un serio problema. Cuando se desarrolló la vida en comunidad y las aldeas agrícolas se transformaron en centros urbanos, el suministro de agua se convirtió en un problema para los habitantes de las ciudades y para el riego de los campos circundantes. Se han encontrado instalaciones de alcantarillado en lugares prehistóricos de Creta y en las antiguas ciudades asirias. El primer pueblo en tener en cuenta la sanidad del suministro de agua fue el pueblo romano, que construyó una extensa red de acueductos para traer las aguas limpias de los montes Apeninos hasta la ciudad, intercalando estanques y filtros a lo largo del recorrido del agua para asegurar su claridad. La construcción de estos sistemas de suministro de agua decayó con la desintegración del Imperio romano, y durante varios siglos, las fuentes de suministro de agua para fines domésticos e industriales fueron las fuentes y manantiales locales. Aunque su principal función era el drenaje, la costumbre romana de arrojar los desperdicios a las calles significaba que junto con el agua de las escorrentías viajaban grandes cantidades de materia orgánica.

Hacia finales de la edad media empezaron a usarse en Europa, primero, excavaciones subterráneas privadas y, más tarde, letrinas. Cuando éstas estaban llenas, unos obreros vaciaban el lugar en nombre del propietario. El contenido de los pozos negros se empleaba como fertilizante en las granjas cercanas o era vertido en los cursos de agua o en tierras no explotadas.

El invento de la bomba en Inglaterra a mediados del siglo XVI impulsó las posibilidades de desarrollo de sistemas de suministro de agua. En Londres la primera obra de bombeo de aguas se finalizó en el año 1562.

Se bombeaba agua de río a un embalse a unos 37 m por encima del nivel del Támesis, y desde el embalse se distribuía a los edificios vecinos a través de tuberías, aprovechando la fuerza de la gravedad.

Se recuperó la costumbre de construir desagües, en su mayor parte en forma de canales al aire o zanjas en la calle. Al principio estuvo prohibido arrojar desperdicios en ellos, pero en el siglo XIX se aceptó que la salud pública podía salir beneficiada si se eliminaban los desechos humanos a




través de los desagües para conseguir su rápida desaparición. Un sistema de este tipo fue desarrollado por Joseph Bazalgette entre 1859 y 1875 con el objeto de desviar el agua de lluvia y las aguas residuales hacia la parte baja del Támesis, en Londres. Con la introducción del abastecimiento municipal de agua y la instalación de cañerías en las casas llegaron los inodoros y los primeros sistemas sanitarios modernos. A pesar de que existían reservas respecto a éstos por el desperdicio de recursos que suponían, por los riesgos para la salud que planteaban y por su elevado precio, fueron muchas las ciudades que los construyeron.

A comienzos del siglo XX, algunas ciudades e industrias empezaron a reconocer que el vertido directo de desechos en los ríos provocaba problemas sanitarios. Esto llevó a la construcción de instalaciones de depuración. Aproximadamente en aquellos mismos años se introdujo la fosa séptica como mecanismo para el tratamiento de las aguas residuales domésticas tanto en las áreas suburbanas como en las rurales. Para el tratamiento en instalaciones públicas se adoptó primero la técnica del filtro de goteo. Durante la segunda década del siglo, el proceso del lodo activado, desarrollado en Gran Bretaña, supuso una mejora significativa por lo que empezó a emplearse en muchas localidades de ese país y de todo el mundo. Desde la década de 1970, se ha generalizado en el mundo industrializado la cloración, un paso más significativo del tratamiento químico.

En los últimos años ha aumentado el interés en la conversión de agua de mar en agua potable en regiones muy secas como en Oriente Próximo. Diversos procesos como destilación, electrodiálisis, ósmosis inversa y evaporación por congelación directa se han desarrollado para este fin. A pesar de sus buenos resultados, estos procesos de tratamiento de agua de mar son mucho más costosos que el tratamiento del agua dulce.

Aguas Residuales

Las aguas que son contaminadas durante su empleo en actividades realizadas por las personas, son consideradas como aguas residuales. Las labores domésticas contaminan el agua, sobre todo, con residuos fecales y detergentes. Los trabajos agrícolas y ganaderos pueden producir una contaminación muy grave de las aguas de los ríos y los acuíferos.

Los principales causantes son los vertidos de aguas cargadas de residuos orgánicos, procedentes de las labores de transformación de productos vegetales, o de los excrementos de los animales. Otra fuente de contaminación de las aguas son las industrias. Muchas de ellas, como la




papelera, textil y siderúrgica, necesitan agua para desarrollar su actividad. La consecuencia es el vertido de aguas residuales cargadas de materia orgánica, metales, aceites industriales e incluso radiactividad.

Depuración de aguas es el nombre que reciben los distintos procesos implicados en la extracción, tratamiento y controles sanitarios de los productos de desecho arrastrados por el agua y procedentes de viviendas e industrias. La depuración cobró importancia progresivamente desde principios de la década de 1970 como resultado de la preocupación general expresada en todo el mundo sobre el problema, cada vez mayor, de la contaminación humana del medio ambiente, desde el aire a los ríos, lagos, océanos y aguas subterráneas, por los desperdicios domésticos, industriales, municipales y agrícolas.

Pretratamiento de las aguas

En este tratamiento, los materiales gruesos son eliminados del caudal contaminado por medio de enrejados o mallas muy gruesas. No se considera como un sistema purificador, sino como la preparación de las aguas contaminadas para ser tratadas.

Tratamiento primario

Las aguas residuales que entran en una depuradora aún contienen materiales que podrían atascar o dañar las bombas y la maquinaria. Estos materiales se eliminan por medio de enrejados o barras verticales, y se queman o se entierran tras ser recogidos manual o mecánicamente. El agua residual pasa a continuación a través de una trituradora, donde las hojas y otros materiales orgánicos son triturados para facilitar su posterior procesamiento y eliminación.

Cámara de arena

En el pasado, se usaban tanques de deposición, largos y estrechos, en forma de canales, para eliminar materia inorgánica o mineral como arena, sedimentos y grava. Estas cámaras estaban diseñadas de modo que permitieran que las partículas inorgánicas de 0,2 mm o más se depositaran en el fondo, mientras que las partículas más pequeñas y la mayoría de los sólidos orgánicos que permanecen en suspensión continuaban su recorrido. Hoy en día las más usadas son las cámaras aireadas de flujo en espiral con fondo en tolva, o clarificadores, provistos de brazos mecánicos encargados de raspar. Se elimina el residuo mineral y se vierte en vertederos sanitarios. La acumulación de estos residuos puede ir de los 0,08 a los 0,23 m3 por cada 3,8 millones de litros de aguas residuales.




Sedimentación

Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación donde se depositan los materiales orgánicos, que son retirados para su eliminación. El proceso de sedimentación puede reducir de un 40 a un 60% los sólidos en suspensión.

La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas de tratamiento industrial incorporando procesos llamados coagulación y floculación químicas al tanque de sedimentación. La coagulación es un proceso que consiste en añadir productos químicos como el sulfato de aluminio, el cloruro férrico o polielectrolitos a las aguas residuales; esto altera las características superficiales de los sólidos en suspensión de modo que se adhieren los unos a los otros y precipitan. La floculación provoca la aglutinación de los sólidos en suspensión. Ambos procesos eliminan más del 80% de los sólidos en suspensión.

Flotación

Una alternativa a la sedimentación, utilizada en el tratamiento de algunas aguas residuales, es la flotación, en la que se fuerza la entrada de aire en las mismas, a presiones de entre 1,75 y 3,5 kg por cm2. El agua residual, supersaturada de aire, se descarga a continuación en un depósito abierto. En él, la ascensión de las burbujas de aire hace que los sólidos en suspensión suban a la superficie, de donde son retirados. La flotación puede eliminar más de un 75% de los sólidos en suspensión.

Digestión

La digestión es un proceso microbiológico que convierte el lodo, orgánicamente complejo, en metano, dióxido de carbono y un material inofensivo similar al humus. Las reacciones se producen en un tanque cerrado o digestor, y son anaerobias, esto es, se producen en ausencia de oxígeno. La conversión se produce mediante una serie de reacciones. En primer lugar, la materia sólida se hace soluble por la acción de enzimas. La sustancia resultante fermenta por la acción de un grupo de bacterias productoras de ácidos, que la reducen a ácidos orgánicos sencillos, como el ácido acético. Entonces los ácidos orgánicos son convertidos en metano y dióxido de carbono por bacterias. Se añade lodo espesado y calentado al digestor tan frecuentemente como sea posible, donde permanece entre 10 y 30 días hasta que se descompone. La digestión reduce el contenido en materia orgánica entre un 45 y un 60 por ciento.

Desecación




El lodo digerido se extiende sobre lechos de arena para que se seque al aire. La absorción por la arena y la evaporación son los principales procesos responsables de la desecación. El secado al aire requiere un clima seco y relativamente cálido para que su eficacia sea óptima, y algunas depuradoras tienen una estructura tipo invernadero para proteger los lechos de arena. El lodo desecado se usa sobre todo como acondicionador del suelo; en ocasiones se usa como fertilizante, debido a que contiene un 2% de nitrógeno y un 1% de fósforo.

Tratamiento secundario

Una vez eliminados de un 40 a un 60% de los sólidos en suspensión, el tratamiento secundario reduce la cantidad de materia orgánica en el agua. Por lo general, los procesos microbianos empleados son aeróbicos, es decir, los microorganismos actúan en presencia de oxígeno disuelto. El tratamiento secundario supone, de hecho, emplear y acelerar los procesos naturales de eliminación de los residuos. En presencia de oxígeno, las bacterias aeróbicas convierten la materia orgánica en formas estables, como dióxido de carbono, agua, nitratos y fosfatos, así como otros materiales orgánicos. La producción de materia orgánica nueva es un resultado indirecto de los procesos de tratamiento biológico, y debe eliminarse antes de descargar el agua en el cauce receptor. Hay diversos procesos alternativos para el tratamiento secundario, incluyendo el filtro de goteo, el lodo activado y las lagunas.

Filtro por goteo

En este proceso, una corriente de aguas residuales se distribuye intermitentemente sobre un lecho o columna de algún medio poroso revestido con una película gelatinosa de microorganismos que actúan como agentes destructores. La materia orgánica de la corriente de agua residual es absorbida por la película microbiana y transformada en dióxido de carbono y agua.

Fango o lodo activado

Se trata de un proceso aeróbico en el que partículas gelatinosas de lodo quedan suspendidas en un tanque de aireación y reciben oxígeno. Las partículas de lodo activado, llamadas floc, están compuestas por millones de bacterias en crecimiento activo aglutinadas por una sustancia gelatinosa. El floc absorbe la materia orgánica y la convierte en productos aeróbicos. Un importante acompañante en toda planta que use lodo activado o un




filtro de goteo es el clarificador secundario, que elimina las bacterias del agua antes de su descarga.

Estanque de estabilización o laguna

Otra forma de tratamiento biológico es el estanque de estabilización o laguna, que requiere una extensión de terreno considerable y, por tanto, suelen construirse en zonas rurales. Las lagunas opcionales, que funcionan en condiciones mixtas, son las más comunes, con una profundidad de 0,6 a 1,5 m y una extensión superior a una hectárea. En la zona del fondo, donde se descomponen los sólidos, las condiciones son anaerobias; la zona próxima a la superficie es aeróbica, permitiendo la oxidación de la materia orgánica disuelta y coloidal.

Tratamiento terciario y avanzado de las aguas residuales

Si el agua que ha de recibir el vertido requiere un grado de tratamiento mayor que el que puede aportar el proceso secundario, o si el afluente va a reutilizarse, es necesario un tratamiento avanzado de las aguas residuales. A menudo se usa el término tratamiento terciario como sinónimo de tratamiento avanzado, pero no son exactamente lo mismo. El tratamiento terciario, o de tercera fase, suele emplearse para eliminar el fósforo, mientras que el tratamiento avanzado podría incluir pasos adicionales para mejorar la calidad del afluente eliminando los contaminantes recalcitrantes. Hay procesos que permiten eliminar más de un 99% de los sólidos en suspensión. Los sólidos disueltos se reducen por medio de procesos como la ósmosis inversa y la electrodiálisis. La eliminación del amoníaco, la desnitrificación y la precipitación de los fosfatos pueden reducir el contenido en nutrientes. Si se pretende la reutilización del agua residual, la desinfección por tratamiento con ozono es considerada el método más fiable, excepción hecha de la cloración extrema. Es probable que en el futuro se generalice el uso de estos y otros métodos de tratamiento de los residuos a la vista de los esfuerzos que se están haciendo para conservar el agua mediante su reutilización.

Vertido del líquido

El vertido final del agua tratada se realiza de varias formas. La más habitual es el vertido directo a un río o lago receptor. En aquellas partes del mundo que se enfrentan a una creciente escasez de agua, tanto de uso doméstico como industrial, las autoridades empiezan a recurrir a la reutilización de las aguas tratadas para rellenar los acuíferos, regar cultivos




no comestibles, procesos industriales, recreo y otros usos. En un proyecto de este tipo, en la Potable Reuse Demonstration Plant de Denver, Colorado, el proceso de tratamiento comprende los tratamientos convencionales primario y secundario, seguidos de una limpieza por cal para eliminar los compuestos orgánicos en suspensión. Durante este proceso, se crea un medio alcalino (pH elevado) para potenciar el proceso. En el paso siguiente se emplea la recarbonatación para volver a un pH neutro.

A continuación se filtra el agua a través de múltiples capas de arena y carbón vegetal, y el amoníaco es eliminado por ionización. Los pesticidas y demás compuestos orgánicos aún en suspensión son absorbidos por un filtro granular de carbón activado. Los virus y bacterias se eliminan por ozonización. En esta fase el agua debería estar libre de todo contaminante pero, para mayor seguridad, se emplean la segunda fase de absorción sobre carbón y la ósmosis inversa y, finalmente, se añade dióxido de cloro para obtener un agua de calidad máxima.

Contaminación del suelo

Se puede decir que todos los remanentes de la contaminación del aire y el agua de una manera u otra llegarán a suelo y que este será el receptor final de dichos contaminantes.

Suelo es la capa de tierra que cubre la base rocosa de la tierra, en él se ubican las selvas, los pastizales, los desiertos, los bosques de explotación, las tierras de cultivo y las ciudades. Todo lo que no cabe en estos sistemas se envía al suelo, lo importante es preguntarse si éste tiene la capacidad de procesarlo como parte de sus sistemas o se está generando el desequilibrio ecológico también.

Las principales actividades del hombre que contaminan al suelo son:

1. La deforestación 2. El sobre pastoreo 3. La sobre producción agrícola 4. Los rellenos sanitarios 5. Las grandes concentraciones humanas 6. Los cambios de uso natural del suelo 7. La extracción de productos minerales y químicos 8. La derrama o entierro de materiales peligrosos 9. Etc. Etc. Etc...




Como se puede observar cualquier actividad del hombre genera modificaciones de los factores que permiten vivir a otros seres vivos. Esto implica que el hombre forma parte de las cadenas ecológicas de los seres vivos de nuestro planeta, lo importante es no romper estas cadenas ecológicas que permiten al hombre subsistir como especie sobre nuestro planeta.

Control de emisiones contaminantes del aire

En el mercado existen muchas empresas que se dedican a la venta, diseño, instalación y prueba de equipos de control de emisiones contaminantes. Con este tipo de empresas el ingeniero industrial debe tratar para la solución de algunos de los problemas de contaminación ambiental, por ello es que se debe tener una idea general de las principales características de los contaminantes del aire y de algunos equipos de control.

Para seleccionar el mejor equipo de control de un contaminante se deben conocer muy bien las características de las emisiones, por ejemplo en el caso de las emisiones contaminantes del aire los principales términos que describen a las partículas suspendidas en el aire son los siguientes:

Partículas. Cualquier material, excepto agua no contaminada, que exista en estado soplido o líquido en la atmósfera o en una corriente de gas en condiciones normales.

Aerosol. Una dispersión de partículas microscópicas, sólidas o líquidas, en un medio gaseoso.

Polvo. Partículas sólidas de un tamaño mayor que el coloidal (0.05 micras), capaces de estar en suspensión temporal en el aire.

Ceniza fina. Partículas de ceniza finamente divididas y arrastradas por el gas producto de la combustión. Éstas pueden o no contener combustible no quemado.

Niebla. Aerosol visible.

Partícula. Masa discreta de materia sólida o líquida.

Humo. Partículas pequeñas arrastradas por los gases que resultan de la

combustión.

Hollín. Una aglomeración de partículas de carbón.




Los tamaños de las partículas que contaminan el aire son su mejor descriptor y varios de los equipos de control se seleccionan por esta característica. A continuación se presenta una tabla general en la que se establecen los tamaños de algunos elementos contaminantes del aire.

Contaminante o material Rango del tamaño en micras

Lluvia Rocío Niebla Nubes Vapores Polvos metalúrgicos Virus Humo de cigarro Humo de petróleo Negro de humo Vapores de óxido de zinc Sílica coloidal Polvo atmosférico Núcleos de sal marina Bacterias Polvo dañino Vapores alcalinos Talco molido Insecticidas Pigmentos de pinturas Niebla sulfúrica Polvo de carbón Ceniza fina Polen Gotas de boquillas neumáticas Gotas de boquillas hidráulicas Arena de playa

1000 a 10000 100 a 1000 0.001 a 10 12 a 90 0.001 a 1 0.001 a 100 0.006 a 0.09 0.01 a 1 0.05 a 1 0.01 a 0.15 0.01 a 0.12 0.03 a 0.08 0.001 a 80 0.05 a 0.7 0.5 a 50 0.8 a 8 0.1 a 8 0.8 a 80 0.8 a 10 0.1 a 8 0.5 a 5 1 a 100 1 a 400 10 a 100 10 a 100 70 a 8000 100 a 1500

Los equipos purificadores del aire se pueden relacionar con el tamaño de partículas que pueden capturar. A continuación se presenta una tabla con información aproximada de los tamaños de partículas que pueden ser atrapadas por diferentes equipos de control.

Equipo Rango de partículas que atrapa en micras

Precipitadores electrostáticos Torres empacadas Filtros de papel Filtros de tela

0.01 a 90 0.01 a 100 0.005 a 8 0.05 a 90 0.05 a 100




Lavadores de gases Separadores centrífugos Cámaras de sedimentación

5 a 1000 10 a 10000

Las partículas de mayor tamaño son las que son capturadas por lo equipos de control con 100% de eficiencia.

La definición del tipo de equipo a utilizar para controlar un contaminante, no sólo depende del tamaño de las partículas a controlar, también son muy importantes sus características físicas y químicas. De nada servirá un filtro de tela con material húmedo o con alta temperatura, tampoco funcionará un precipitador electrostático si el material a capturar no se puede ionizar. Por ello se deberán conocer las características físicas y limitaciones operativas de los equipos de control. A continuación se hace una pequeña descripción de los equipos de control de polvos y gases y se establecen sus características de operación.

Cámaras de sedimentación

Son grandes cámaras en las que la velocidad de los contaminantes desciende hasta que por gravedad se deposita en el fondo del equipo.

Su máxima eficiencia se logra con partículas no mayores a 1000 micras, siempre y cuando su densidad sea alta.

Separadores centrífugos

También se les conoce como ciclones y los hay de baja ó alta energía. Estos equipos utilizan la fuerza centrífuga para hacer que las partículas se adhieran a una de sus paredes, de en donde éstas caen a una tolva receptora. Pueden captar con 95 % de eficiencia partículas de 50 micras, cuando su diámetro es pequeño, porque la fuerza centrífuga es mayor que con diámetros grandes. A




estos equipos se les puede inyectar agua y volverlos húmedos con lo que su eficiencia aumenta notablemente, pues llegan a captar polvo de 5 micras con 95 % de eficiencia.

Colectores húmedos

En los colectores húmedos lo que se hace es atrapar a las partículas contaminantes en las gotas de agua que circulan por el colector y luego eliminar del agua los contaminantes atrapados. También en los colectores húmedos puede haber algunas reacciones químicas o térmicas que pueden ayudar al control de emisiones de gases, por ejemplo si se tienen una emisión de óxidos de azufre (SOx) u óxidos de nitrógeno (NOx) al mezclarse con el agua se podrá tener ácido sulfúrico o nítrico, los que se pueden controlar en el equipo. Otro ejemplo es cuando se tienen emisiones de tretracloruro de etilo líquido que se utiliza para desengrasar. Su evaporación se da a temperatura ambiente y su condensación se logra a 15 °C, así que al pasar los gases evaporados por un recipiente en el que el agua baje su temperatura a 15°C se logrará la condensación y por lo tanto su captura en el fluido de control.

Hay tres tipos de colectores húmedos:

a. Colectores de baja energía. Son aquellos en los que el flujo de aire contaminado pasa por una niebla o cortina de agua. Son para atrapar partículas de más de 50 micras o para hacer reacciones químicas o térmicas con los contaminantes. Los más conocidos son las cajas de aspersión en los que el flujo contaminado pasa entre el agua que es aspersada por unas boquillas.




En los colectores húmedos lo que se hace es atrapar a las partículas contaminantes en las gotas de agua que circulan por el colector y luego eliminar del agua los contaminantes atrapados. También en los colectores húmedos puede haber algunas reacciones químicas o térmicas que pueden ayudar al control de emisiones de gases, por ejemplo si se tienen una emisión de óxidos de azufre (SOx) u óxidos de nitrógeno (NOx) al mezclarse con el agua se podrá tener ácido sulfúrico o nítrico, los que se pueden controlar en el equipo. Otro ejemplo es cuando se tienen emisiones de tretracloruro de etilo líquido que se utiliza para desengrasar. Su evaporación se da a temperatura ambiente y su condensación se logra a 15 °C, así que al pasar los gases evaporados por un recipiente en el que el agua baje su temperatura a 15°C se logrará la condensación y por lo tanto su captura en el fluido de control.

También entre estos equipos se encuentran las casetas de pintura con cortina de agua.

b. Lavadores de energía media o scrubbers. En ellos flujo de contaminantes pasa por una serie de mamparas con cortinas de agua o junto a las paredes húmedas de los lavadores, las partículas del contaminante se unen al agua y luego ésta es tratada para separarla de los contaminantes.




c. Aglomeradores de alta energía. Son aquellos equipos que utilizan la energía para mezclar con gran eficiencia a las emisiones y el agua, los equipos más conocidos son los venturis de alta energía. Estos equipos logran capturar con 99% de eficiencia a partículas de 0.5 de micra. Para lograr estas eficiencias se llegan a tener caídas de presión hasta de 40 pulgadas de agua, lo que implica el uso de mucha potencia.




Filtros de tela o bolsas

En estos equipos el flujo contaminado pasa por un medio filtrante que por lo regular es de tela. Su eficiencia es muy alta y su caída de presión es media, pueden manejar grandes volúmenes y su potencia es media. Son equipos de gran eficiencia ya que llegan a capturar partículas de menos de 0.5 de micra con 99% de eficiencia. Sus limitantes son la temperatura y la humedad; ya que no pueden manejar flujos a más de 200 °C y deben estar totalmente secos, de lo contrario se queman las bolsas o se apelmaza el polvo y tapan las bolsas.




Precipitador electrostático

Es un equipo de muy alta eficiencia que funciona al ionizar las partículas contaminantes, posteriormente éstas pasan entre unas placas con carga contraria a la de la ionización por lo que se adhieren a éstas. Cuando las placas se encuentran impregnadas con los contaminantes son descargadas y sacudidas para que los contaminantes caigan a una tolva inferior. Los precipitadores electrostáticos son los equipos más eficientes para el control de partículas de menos de 0.2 micras con eficiencia superior a 99%, su caída de presión es muy baja y pueden manejar grandes volúmenes. Sus mayores desventajas son su costo y que no pueden manejar sustancias explosivas.




Algunos contaminantes en la industria y su control

Industria Fuente de emisión Método de control

Producción de hierro y acero Altos hornos, hornos para la producción de acero

P.E.., Bolsas, Venturis, ciclones húmedos

Fundición de hierro gris Hornos de cubilote, vibradores y fabricación de corazones.

Ciclones húmedos o scrubbers.

Metalurgia no ferrosa Fundición P.E., Bolsas Refinerías de petróleo Catalizadores e incineradores Ciclones, P.E., Bolsas,

lavadores Fabricación de cemento. Hornos secadores, envasado y

manejo de materiales. P.E., Bolsas, ciclones

Fabricación de papel Kraft Hornos de recuperación de cal, tanques de beneficio P.E., Cajas de aspersión

Ácidos fosfórico y sulfúrico

Molienda, aciduación de rocas, procesos térmicos

P.E., cajas de aspersión, venturis

Manufactura de coque Estufas, molinos y manejo de materiales

P.E., mantenimiento y manejo adecuado de materiales




Vidrio y fibra de vidrio Hornos, formación y curado Post quemadores y bolsas

P.E. = Precipitador electrostático

Bolsas = Filtro de bolsas

Venturis = Aglomerador venturi

La contaminación ambiental generada por los procesos productivos ha sido motivo de muchas investigaciones con las que se han desarrollado nuevas tecnologías productivas y de control. El ingeniero industrial, como todos los profesionales de la ingeniería, debe cuidar que los procesos de manufactura en los que se vea envuelto no generen contaminación ambiental.

Bibliografía y referencias para consultar:

Wark Kenneth y Warner Cecil. Contaminación del aire. Limusa, México 1995.

· Bravo Alvarez Humberto. La contaminación del aire en México. Universo veintiuno. México 1987.

· Industrial Ventilation: a manual of recommended practice. American Conference of Governmental Industrial Hygienists

· http://www.ine.gob.mx/normas/no_menpu.htm

· http://www.prodigyweb.net.mx/atmosys

· Abatement Environmental Resources - services include asbestos abatement, contaminated soil remediation; and PCB, lead, and underground storage tank removal and reinstallation.

· ACM Services - asbestos and lead abatement and management projects.

· Aguirre Engineers, Inc. - offering a wide range of environmental and waste management services including handling and remediation of radioactives and explosives.

· American Pollution Control Corp. (AMPOL) - specializes in emergency oil spill response, hazardous & toxic waste remediation, hazmat, asbestos & lead abatement.




· Anguil Environmental Systems - provides air pollution control, engineering, systems, services and installation.

· AScI Corporation - services include water resources, aquatic toxicology and environmental development.

· Barr Engineering Company - provides solutions in engineering, environmental, and information technology.

· Brownfields Redevelopment International - purchases, cleans and develops properties with environmental remediation considerations and commercial, residential or industrial potential.

· BTR Environmental - provides filtration and pollution control products and services.

· Cameron Environmental - providing products and services for the purification of water & air using activated carbon adsorption techniques.

· Camp Dresser & McKee, Inc. (2)

· Canadian Centre for Pollution Prevention - provides pollution prevention information transfer via access to data, training, conferences, and roundtables.

· Carbonair Environmental Systems - manufacturer and supplier of soil, groundwater, and wastewater remediation equipment. Also provides on-site services.

· CERES Environmental Technologies - conducts environmental assessments, soil and groundwater remediations. Maintains a large collection of historical aerial photographs of southern California and other data resources.

· Clean Harbors, Inc. - providing waste management, pollution control, and training services.

· Contex Environment - services include industrial hygiene, indoor air sampling, soil and water analysis, radiation protection, health and safety audits and training.

· D-TOX Environmental Contractors - Services include, asbestos and lead abatement, biological waste and soil remediation, oil spill cleanup, medical waste disposal and storage tank removal.




· EA Engineering, Science and Technology, Inc. (2)

· Eco Logic International, Inc.@

· Ecological Engineering - designing systems for pollution avoidance and resource conservation.

· Ecological Services, Inc. - removes hazardous waste, cleans contaminated soil and ground water in the Southeastern US.

· Elastec/American Marine - manufacturer of oil spill control equipment.

· EMSL Analytical, Inc. - analytical laboratory devoted to environmental testing of asbestos and lead in air, bulk, soil, water, dust, and wipe samples.

· Enviro Klean Technology Inc. - research and manufacturing of mobile soil-cleaning equipment, specifrically for the removal of hydrocarbon contaminated soils.

· Envirogen, Inc. - develops and applies technologies for both remediation and pollution prevention with emphasis on bioremediation, biotreatment and various subsurface vapor processes.

· Foss Environmental & Infrastructure Services Co. - emergency and waste management services, and spill management products and equipment. Offices in California, Oregona and Washington.

· Geovation Technologies - focuses on providing technology oriented solutions for the investigation and remediation of environmental contamination.

· Global Abatement Technologies LLC - specializing in asbestos abatement, lead paint removal, hazardous waste cleanup and brownfield remediation.

· Globaltechs - a subscription service containing information on remediation technologies available worldwide.

· Golder Associates - consulting companies providing services in support of environmental, industrial, health, natural resources, and civil engineering projects.

· Groundwash - in-situ soil washing of contaminated sites.




· IPEC Global, Inc. - providing design and construction of industrial chemical processing and hazardous waste treatment facilities, as well as environmental consulting.

· Jones Technologies, Inc. - providing hazardous materials management, assessment and remediation, and natural resource management services.

· Kellco Services, Inc. - lead paint and asbestos inspections, testing, risk assesment, and consulting.

· Mavo Systems - industrial abatement with expertise in asbestos, lead, PCB and microbial and HVAC cleaning.

· Methuen Corporation - specializing in industrial process and pollution control systems and equipment sales and service.

· ML Chartier, Inc. - provides soil remediation services, including on-site reclamation of petroleum contaminated soil through thermal desorbtion.

· Monarch Separators - Houston, TX - specializes in the engineering of pollution control systems in municipal, industrial, or offshore environments.

· PN Services - specializing in chemical cleaning and decontamination and related chemical and waste processing services for the nuclear industry.

· Prescott Environmental Associates, Inc. - services include compliance audits, permitting, health and safety training and asbestos management services.

· Process Heat - manufacturing pollution control and process equipment.

· R.W. Vesey Ltd. - air pollution consultants and contractors.

· Remedial Solutions, Inc. - UST compliance programs; assessments and remediation plans; products for controling and removing point and non-point source water pollution.

· Rocky Mountain Remediation Services, LLC - providing environmental restoration, waste management, decontamination and decommissioning services.




· Seamak Group - water and air pollution control solutions and ISO 14000 consultancy.

· SENES Consultants Limited - provides pollution control services ranging from acid mine drainage to air emissions. Also offers solid and hazardous waste management services.

· Site Remediation, Inc. - making downhole skimmers for the recovery of leaked fuel and oil floating on groundwater.

· TRC Environmental Corporation

Podrían obtenerse muchos más sitios de investigación. Depende de ustedes en su quehacer diario como ingenieros industriales, el contribuir a preservar la especie.


Tecnologías y Procesos de Producción

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