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IRVING VZQUEZ HUERTA PROCESOS DE MANUFACTURA
PREGUNTAS DE REPASO Y RESOLUCIN DE PROBLEMAS DEL
LIBRO FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA
ASIGNATURA:
PROCESOS AVANZADOS DE MANUFACTURA
P R E S E N T A: IRVING VZQUEZ HUERTA
DOCENTE:
DR. JUAN MANUEL ESPINOZA CUADRA
MAESTRA: TECNOLOGA AVANZADA DE MANUFACTURA
HUAJUAPAN DE LEN, OAX.
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CAPITULO 1 PREGUNTAS DE REPASO
1.1. Cules son las diferencias entre las industrias primaria,
secundaria y terciaria? Proporcione
un ejemplo de cada categora.
Industria Primaria. Cultivan y explotan recursos naturales,
tales como la agricultura y la
minera.
Industria Secundaria. Toman las salidas de las primarias y las
convierten en bienes de
consumo y capital, como la industria automotriz.
Industria Terciaria. Constituyen el sector de servicios de la
economa, como los bancos y el
gobierno.
1.2. Qu es un bien de capital? Diga un ejemplo.
Son aquellos que adquieren otras compaas para producir bienes y
prestar servicios, por
ejemplo aviones, mquinas herramientas, etc.
1.3. Cmo se relacionan la variedad de productos y la cantidad de
produccin, al comparar
fbricas comunes?
Existe una correlacin inversa entre la variedad de productos y
la cantidad de produccin. Es
decir, si la variedad de productos es alta, es probable que la
cantidad de produccin sea baje
y viceversa.
1.4. Defina la capacidad de manufactura.
Se refiere a las limitaciones tcnicas y fsicas de una empresa
manufacturera y cada una de
sus plantas. Y stas pueden ser: 1) capacidad tecnolgica de
proceso, 2) tamao fsico y peso
del producto y 3) capacidad de produccin.
1.5. Mencione las tres categoras bsicas de materiales.
Metales, cermicos y polmeros.
1.6. En qu difiere un proceso de formado de una operacin de
procesamiento de una
superficie?
Los procesos de formado alteran la geometra original del
material de trabajo, mientras que
las operaciones de procesamiento de superficies se ejecutan para
limpiar, tratar, recubrir o
depositar material sobre la superficie de la pieza de
trabajo.
1.7. Cules son las dos subclases de procesos de ensamble?
Proporcione un ejemplo de proceso
de cada subclase.
Ensamble permanente. Soldadura fuerte y soldadura blanda.
Ensamble mecnico. Tornillos, remaches y sujetadores
mecnicos.
1.8. Defina produccin por lotes y describa porqu se utiliza con
frecuencia para producir
artculos en cantidades medias.
La produccin por lotes se refiere a la fabricacin de una misma
pieza en grandes
cantidades, para despus cambiar la configuracin de la maquinaria
y equipo, y as fabricar
una pieza distinta. Esto se realiza con frecuencia en
producciones de cantidad media debido
a que la variedad del producto es dura y por tanto se requieren
los cambios en la
configuracin de la maquinaria antes mencionados.
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1.9. En las instalaciones de produccin, cul es la diferencia
entre una distribucin por procesos
y otra por producto?
En la distribucin por procesos la maquinaria est distribuida en
departamentos de acuerdo
con su funcin o su tipo, por ejemplo: los tornos estn en un
departamento, las fresadoras
en otro, y as sucesivamente. Por lo tanto, las distintas piezas,
cada una de las cuales
requiere una secuencia distinta de operaciones, son conducidas
por los distintos
departamentos en el orden particular que necesita para
procesarlas, por lo general por
lotes. Mientras que en la distribucin por producto las
estaciones de trabajo se acomodan
en una lnea larga o segmentos conectados, para as poder mover la
pieza de trabajo a
travs de las estaciones de trabajo en las cuales se termina una
cantidad pequea del
trabajo total sobre dicha pieza. En dicha distribucin los
productos que se manufacturan no
presentan variaciones entre una pieza y otra.
1.10. Mencione dos departamentos que sean comnmente clasificados
como de apoyo a la
manufactura.
Ingeniera de manufactura y control de calidad.
CUESTIONARIO DE OPCIO N MU LTIPLE
1.1. Cules de las industrias siguientes se clasifican como
industria secundaria?
a) Bebidas, e) instalaciones de generacin elctrica y f)
editorial.
1.2. En cul de las siguientes industrias se clasifica la
minera:
c) Industria primaria.
1.3. Uno de los siguientes artculos incluye los inventos de la
Revolucin Industrial:
d) mquina de vapor
1.4. A cules de los siguientes metales incluyen los metales
ferrosos?
b) hierro fundido y e) acero.
1.5. Cules de los siguientes materiales de ingeniera se definen
como un compuesto que
contiene elementos metlicos y no metlicos?
a) Cermico
1.6. Cul de los procesos siguientes comienza con un material en
estado fluido o semifluido, que
se solidifica en un molde?
a) Fundido y d) moldeado.
1.7. Cules de las siguientes etapas involucra el procesamiento
de partculas de metales y
cermicos?
f) prensado y g) sinterizado
1.8. Cules de los siguientes incluyen los procesos de
deformacin?
c) extruido y d) forjado
1.9. Cul de las siguientes es una mquina que se usa para
extruir?
d) prensa
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1.10 La produccin de volumen elevado de productos ensamblados se
asocia ms a alguno de los
tipos de distribucin siguientes:
d) por productos
1.11 Cules de las funciones siguientes ejecuta un departamento
de planeacin y control de la
produccin, en cuanto a su papel de apoyar a la manufactura?
c) ordenar materias y adquirir piezas, y e) programa el orden de
los productos sobre una
mquina.
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CAPITULO 2 PREGUNTAS DE REPASO
2.1 Los elementos de la tabla peridica se dividen en tres
categoras. Cules son esas
categoras? D tres ejemplos de cada una.
Los tres tipos de elementos son; metales (aluminio), los no
metales (oxgeno) y los
semimetales (silicio).
2.2. Cules elementos son los metales nobles?
Los metales nobles son cobre, plata y oro.
2.3. Cul es la diferencia entre los enlaces primarios y los
secundarios en la estructura de
los materiales?
El enlace primario entre los tomos de un material es fuerte, por
ejemplo para formar una
molcula; mientras que el enlace secundario no es tan fuerte y es
asociado con la atraccin
entre las molculas en el material.
2.4. Describa cmo funciona el enlace inico.
En los enlaces inicos, los tomos de uno de los elementos donan
uno o ms electrones de
su enlace externo a los tomos del otro elemento para que este
complete su ltimo nivel
exterior.
2.5. Cul es la diferencia entre las estructuras cristalinas y
las no cristalinas de los
materiales?
Los tomos en una estructura cristalina estn situados en
posiciones regulares y de orden
reticular en tres dimensiones; por lo tanto, la estructura
cristalina posee un orden de largo
alcance que permite una alta densidad de empaquetamiento.
2.6. Cules son algunos defectos puntuales comunes en una
estructura de red cristalina?
Los defectos comunes son vacancia, es el defecto ms simple, que
involucra la falta de un
tomo dentro de la estructura de red; b) vacancia por par de
iones, tambin llamado
defecto Schottky, que incluye un par faltante de iones de carga
opuesta en un compuesto
que tiene un balance de carga conjunta; c) intersticios,
distorsin de la red producida por la
presencia de un tomo adicional en la estructura; y d)
desplazamiento inico, conocido
como defecto Frenkel, que ocurre cuando un ion se retira de una
posicin regular en la
estructura de red y se inserta en una posicin intersticial cuya
ocupacin no es normal por
parte de dicho ion.
2.7. Defina la diferencia entre la deformacin elstica y la
plstica en trminos del efecto
sobre la estructura de red cristalina.
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La deformacin elstica implica una distorsin temporal de la
estructura reticular que es
proporcional a la tensin aplicada, mientras que la deformacin
plstica implica una tensin
de magnitud suficiente para provocar un cambio permanente en las
posiciones relativas de
los tomos adyacentes en la red.
2.8. Cmo contribuyen los lmites de grano entre los granos al
fenmeno del
endurecimiento por deformacin de los metales?
Los lmites de grano bloquean el movimiento continuo de las
dislocaciones en el metal
durante el esfuerzo. Por lo tanto, a medida que ms dislocaciones
son bloqueadas, el metal
se vuelve ms difcil de deformar, en efecto el metal se vuelve ms
fuerte.
2.9. Identifique algunos materiales con estructura
cristalina.
Los materiales que tpicamente poseen estructuras cristalinas son
los metales y los
cermicos distintos al vidrio. Incluso algunos plsticos poseen
una estructura parcialmente
cristalina.
2.10. Mencione algunos materiales que tengan estructura no
cristalina.
Los materiales que tpicamente poseen una estructura no
cristalina son el vidrio (slice
fundida), caucho y algunos plsticos (especficamente los
termoestables).
2.11. Cul es la diferencia fundamental en el proceso de
solidificacin (o fusin) entre las
estructuras cristalinas y las no cristalinas?
Las estructuras cristalinas se someten a un cambio volumtrico
abrupto cuando ellos se
transforman del estado slido al lquido y viceversa. Esto va
acompaado de una cantidad
de energa llamada el calor de fusin que debe ser aadida al
material durante la fusin o
liberada durante la solidificacin. Los materiales no cristalinos
se funden y se solidifican sin
el cambio abrupto de su volumen y del calor de fusin.
CUESTIONARIO DE OPCIO N MU LTIPLE
2.1. Cul de los siguientes es la unidad estructural bsica de la
materia?: a) tomo, b)
electrn, c) elemento, d) molcula, o e) ncleo.
a) tomo
2.2. Aproximadamente cuntos elementos distintos se han
identificado? (una respuesta es
la mejor): a) 10, b) 50, c) 100, d) 200, o e) 500.
c) 100
2.3. En la tabla peridica, los elementos pueden dividirse en cul
de las categoras
siguientes? (hay tres respuestas mejores): a) cermicos, b)
gases, c) lquidos, d) metales, e)
no metales, f) polmeros, g) semimetales, y h) slidos.
d) Metales, e) no metales y g) semimetales.
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2.4. Cul de los siguientes es el elemento con menor densidad y
peso atmico ms
pequeo?: a) aluminio, b) argn, c) helio, d) hidrgeno, o e)
magnesio.
d) Hidrogeno
2.5. Cules de los siguientes tipos de enlace se clasifican como
primarios? (hay tres
respuestas correctas): a) enlace covalente, b) enlace del
hidrgeno, c) enlace inico, d)
enlace metlico, y e) fuerzas de Van der Waals.
a) Enlace covalente, c) enlace inico y d) enlace metlico.
2.6. Cuntos tomos hay en la celda unitaria cbica centrada en las
caras (FCC)? (una
respuesta correcta): a) 8, b) 9, c) 10, d) 12, o e) 14.
e) 14. Aunque sta respuesta hace ms bien referencia al nmero de
puntos en los cuales se
ubican parte de los tomos, pues en realidad dentro de la celda
cbica slo existen 4 tomos
completos.
2.7. Cules de los siguientes no son defectos puntuales en una
estructura de red cristalina?
(hay tres respuestas correctas): a) dislocacin de borde, b)
intersticios, c) defecto Schottky, y
d) vacancia.
b) Intersticios, c) defecto de Schottky y d) vacancia.
2.8. Cules de las siguientes estructuras cristalinas tienen
menos direcciones de
deslizamiento y por tanto los metales con esa estructura por lo
general son ms difciles de
deformar a temperatura ambiente?: a) BCC, b) FCC, o c) HCP.
c) HCP (Hexagonal compacta).
2.9. Los lmites de grano son un ejemplo de cul de los tipos
siguientes de defectos en la
estructura cristalina?: a) dislocacin, b) defecto Frenkel, c)
defectos lineales, d) defectos
puntuales, o e) defectos superficiales.
e) Defectos superficiales
2.10. Cul de las respuestas siguientes corresponde al maclado?
(tres respuestas): a)
deformacin elstica, b) mecanismo de deformacin plstica, c) es ms
probable a altas
tasas de deformacin, d) es ms probable en los metales con
estructura HCP, e) mecanismo
de deslizamiento, y f) tipo de dislocacin.
b) mecanismo de deformacin plstica, c) es ms probable a altas
tasas de deformacin y d)
es ms probable en los metales con estructura HCP.
2.11. Los polmeros se caracterizan por cules de los siguientes
tipos de enlace? (dos
respuestas correctas): a) adhesivo, b) covalente, c) de
hidrgeno, d) inico, e) metlico, y f)
Van der Waals.
b) covalente y f) Van der Waals.
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CAPITULO 3 PREGUNTAS DE REPASO
3.1. Cul es el dilema entre el diseo y la manufactura, en
trminos de las propiedades
mecnicas?
Generalmente para lograr la funcin de diseo-calidad el material
debe ser duro; mientras
que para facilitar la fabricacin el material debe ser suave.
3.2. Cules son los tres tipos de esfuerzos estticos a las que se
sujetan los materiales?
Tensin, compresin y esfuerzo cortante.
3.3. Enuncie la ley de Hooke.
La ley de Hooke define la relacin entre esfuerzo-deformacin para
un material elstico: =
E, donde E es una constante de proporcionalidad llamada mdulo de
elasticidad.
3.4. Cul es la diferencia entre el esfuerzo de ingeniera y el
esfuerzo verdadero, en una
prueba de tensin?
El esfuerzo ingenieril divide la carga (fuerza) sobre el
espcimen de ensayo por el rea
original; mientras que el esfuerzo verdadero divide la carga por
el valor instantneo del rea
que disminuye conforme se aplica la fuerza.
3.5. Defina la resistencia a la tensin de un material.
La resistencia a la tensin es la carga mxima experimentada
durante el ensayo de tensin
dividido por el rea original.
3.6. Defina la resistencia a la deformacin de un material.
La resistencia a la deformacin es la tensin a la que el material
comienza a deformarse
plsticamente. Por lo general se mide como el valor de
desplazamiento de 0.2%, que es el
punto donde la curva de esfuerzo-deformacin
3.7. Por qu no puede hacerse una conversin directa entre las
medidas de la ductilidad de
elongacin y la reduccin del rea, con el uso de la suposicin de
volumen constante?
Porque el necking ocurre en el espcimen de ensayo.
3.8. Qu es el endurecimiento por trabajo?
El endurecimiento por trabajo tambin es llamado endurecimiento
por deformacin, esto es
el aumento de la fuerza que se produce en los metales cuando son
puestos a tensin.
3.9. En qu caso el coeficiente de resistencia tiene el mismo
valor que la resistencia de
deformacin?
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Cuando el material es perfectamente plstico y no se ejerce
endurecimiento por
deformacin.
3.10. En qu difiere el cambio del rea de la seccin transversal
de un espcimen de una
prueba de compresin, de su contraparte en una prueba de
tensin?
En un ensayo a la compresin el rea de la seccin transversal
aumenta conforme avanza la
prueba; mientras que en un ensayo a la traccin, el rea de la
seccin transversal disminuye.
3.11. Cul es el factor que complica lo que sucede en una prueba
de compresin?
El embarrilamiento que presenta la muestra de ensayo debido a la
friccin en las interfaces
con los platos de las mquinas de pruebas.
3.12. La prueba de tensin no es apropiada para materiales duros
y frgiles tales como las
cermicas. Cul es la prueba que se usa por lo comn para
determinar las propiedades de
resistencia de dichos materiales?
Un ensayo de flexin de tres puntos se utiliza comnmente para
probar la resistencia en
este tipo de materiales quebradizos. Esta prueba proporciona una
medida llamada la fuerza
de ruptura transversal para estos materiales.
3.13. Cmo se relaciona el mdulo de la cortante de elasticidad,
G, con el mdulo de
tensin de elasticidad, E, en promedio?
G = 0.4E, en promedio.
3.14. Cmo se relaciona la resistencia a la cortante, S, con la
resistencia a la tensin, TS, en
promedio?
S = 0.7 TS, en promedio.
3.15. Qu es dureza, y cmo se prueba, generalmente?
La dureza se define como la resistencia a la penetracin o a la
indentacin de un material. Se
prueba presionando un objeto duro en el material de trabajo y se
mide el tamao
(profundidad, rea) de la indentacin.
3.16. Por qu se requieren pruebas y escalas diferentes para la
dureza?
Se requieren pruebas y escalas diferentes para la dureza porque
los distintos materiales
poseen durezas muy distintas. Una prueba cuyo rango es adecuado
para materiales muy
duros, no es sensible para el ensayo de materiales muy
suaves.
3.17. Defina la temperatura de recristalizacin para un
metal.
La temperatura de recristalizacin es la temperatura a la cual un
metal recristaliza (forma
nuevos granos), la temperatura a la que sucede esto es
aproximadamente la mitad del
punto de fusin (0.5 Tm).
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3.18. Defina la viscosidad de un fluido.
La viscosidad es la resistencia al flujo de un fluido, mientras
ms grueso sea el fluido,
mayor ser su viscosidad.
3.19. Cul es la caracterstica definitoria de un fluido
newtoniano?
Un fluido newtoniano es el que posee una viscosidad constante a
una temperatura dada. La
mayora de los lquidos (agua, aceites) son fluidos
newtonianos.
3.20. Qu es viscoelasticidad, como propiedad de un material?
La viscoelasticidad hace referencia a una propiedad
caracterstica de los polmeros. La
viscoelasticidad es aquella propiedad que tiene un material que
determina la deformacin
que experimenta cuando se le sujeta a combinaciones de esfuerzo
y temperatura a lo largo
del tiempo. Como el nombre lo sugiere es una combinacin de
viscosidad y elasticidad.
CUESTIONARIO DE OPCIO N MU LTIPLE
3.1. Cules de los siguientes son los tres tipos bsicos de
esfuerzos estticos a las que
puede sujetarse un material? (tres respuestas correctas): a)
compresin, b) dureza, c)
reduccin del rea, d) cortante, e) tensin, f) esfuerzo verdadero,
y g) deformacin.
a) compresin, d) cortante y e) tensin.
3.2. Cul de las que siguen es la definicin correcta de la
resistencia definitiva a la tensin,
segn se obtiene de una prueba de tensin sobre un espcimen de
metal?: a) el esfuerzo
encontrado cuando la curva esfuerzo-deformacin pasa del
comportamiento elstico al
plstico, b) la carga mxima dividida entre el rea final del
espcimen, c) la carga mxima
dividida entre el rea original del espcimen, o d) el esfuerzo
observado cuando el
espcimen falla finalmente.
c) la carga mxima dividida entre el rea original del
espcimen.
3.3. Si se midieran los valores de esfuerzo durante una prueba
de tensin, cul de las
siguientes sera el valor mayor?: a) esfuerzo de ingeniera, b)
esfuerzo verdadero.
b) esfuerzo verdadero
3.4. Si durante una prueba de tensin se midiera la deformacin,
cul de las siguientes
tendra el valor mayor?: a) deformacin de ingeniera, b)
deformacin verdadera.
a) deformacin de ingeniera
3.5. La regin plstica de la curva esfuerzo-deformacin para un
metal est caracterizada
por una relacin proporcional entre el esfuerzo y la deformacin:
a) verdadero, o b) falso.
b) Falso
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3.6. Cul de los tipos siguientes de relacin esfuerzo-deformacin
describe mejor el
comportamiento de los materiales frgiles, tales como las
cermicas y los plsticos
termoestables?: a) elstico y perfectamente plstico, b) elstico y
dureza por deformacin,
c) perfectamente elstico, o d) ninguno de los anteriores.
c) Perfectamente elstico
3.7. Cul de los tipos siguientes de relacin esfuerzo-deformacin
describe mejor el
comportamiento de la mayora de metales a temperatura ambiente?:
a) elstico y
perfectamente plstico, b) elstico y endurecimiento por
deformacin, c) perfectamente
elstico, o d) ninguno de los anteriores.
b) elstico y endurecimiento por deformacin.
3.8. Cul de los tipos siguientes de relacin esfuerzo-deformacin
describe mejor el
comportamiento de los metales a temperaturas por arriba de sus
puntos de recristalizacin
respectivos?: a) elstico y perfectamente plstico, b) elstico y
endurecimiento por
deformacin, c) perfectamente elstico, o d) ninguno de los
anteriores.
a) elstico y perfectamente plstico
3.9. Cul de los materiales siguientes tiene el mdulo de
elasticidad mayor: a) aluminio, b)
diamante, c) acero, d) titanio, o e) tungsteno?
b) diamante
3.10. Por lo general, la resistencia a la cortante de un metal
es a) mayor que, o b) menor
que su resistencia a la tensin?
b) menor que
3.11. La mayor parte de las pruebas de dureza incluyen presionar
un objeto duro en la
superficie de un espcimen de prueba y medir la indentacin (o su
efecto) que resulta: a)
verdadero, o b) falso.
a) verdadero
3.12. Cul de los materiales que siguen tiene la dureza mayor?:
a) cermico de almina, b)
hierro colado gris, c) acero endurecido para herramientas, d)
acero al alto carbono, o e)
poliestireno.
d) cermico de almina
3.13. La viscosidad se define como la facilidad con la que un
fluido fluye: a) verdadero, o b)
falso
b) falso. La viscosidad es la resistencia al flujo.
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PROBLEMAS
Resistencia y ductilidad en la tensin
3.1 Una prueba de tensin usa un espcimen de prueba que tiene una
longitud de medicin
de 50 mm, y un rea de 200 mm2. Durante la prueba, el espcimen se
vence bajo una carga
de 98 000 N. La longitud de medicin correspondiente es de 50.23
mm. Esto es el 0.2% del
punto de deformacin. La carga mxima de 168 000 N se alcanza con
una longitud de
medicin de 67.3 mm. Determine a) la resistencia de vencimiento,
b) el mdulo de
elasticidad, y c) la resistencia a la tensin.
a)
s =F
A0
Sustituyendo la formula tmenos:
s =98000N
200mm2= 490 MPa
b)
= Ee
Para hallar la deformacin ingenieril:
e =L L0
L0
sustituimos en la formula y temenos:
e =50.23 50
50.0 0.002 = 0.0026
Sustituyendo en la frmula:
E =
e E = (490MPa)/(0.0026) = . MPa
c)
=
0
Sustituyendo la formula tmenos:
s =168000
200mm2= 840 MPa
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3.2 En el problema 3.1, la fractura ocurre a una longitud de
medicin de 67.3 mm. a)
Determine la elongacin porcentual,
b) si el espcimen se estrangula cuando el rea es de 92 mm2,
determine la reduccin
porcentual del rea.
a)
EL =Lf L0
L0
Sustituyendo en la frmula:
EL =67.3 50
50=
17.3
50= 0.346 = 34.6%
b)
AR =A0 Af
A0
Sustituimos en la formula
AR =200 92
200= 0.54 = 54%
3.3 El espcimen en una prueba de tensin tiene una longitud de
medicin de 2.0 in y un
rea de 0.5 in2. Durante la prueba el espcimen se vence bajo una
carga de 32 000 lb. La
longitud de medicin correspondiente es de 2.0083 in. Esto es el
0.2% del punto de
deformacin. La carga mxima de 60 000 lb se alcanza con una
longitud de medicin de 2.60
in. Determine
a) La resistencia de deformacin,
b) el mdulo de elasticidad, y
c) la resistencia a la tensin.
s =F
A0
Sustituyendo la formula tmenos:
s =3200 lb
0.5pulg2= 64,000 lb/2
b)
= Ee
Para hallar la deformacin ingenieril:
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e =L L0
L0
Sustituimos:
=2.0083 2
2.0 0.002 = 0.00215
E =
e E =
(64000psi)
(0.00415)= .
c)
=F
A0
Sustituyendo:
s =60000lb
0,5pulg2= 120,000 psi
3.4 En el problema 3.3, la fractura ocurre cuando la longitud de
medicin es de 2.92 in, a)
determine la elongacin porcentual. b) Si el espcimen se
estrangula para un rea de 0.25
in2, determine la reduccin porcentual del rea.
a)
EL =Lf L0
L0
Sustituyendo:
EL =2.92 2
2=
0.92
2= 0.46 = 46%
b)
AR =A0 Af
A0
Sustituyendo:
AR =0.5 0.25
0.5=
0.25
0.5= 0.5 = 50%
3.5 Durante una prueba de tensin en la que la longitud de
medicin inicial es de 125.0 mm,
y el rea de la seccin transversal es de 62.5 mm2, se recaban los
datos siguientes de fuerza
y longitud de medicin: 1) 17 793 N a 125.23 mm, 2) 23 042 N a
131.25 mm, 3) 27 579 N a
140.05 mm, 4) 28 913 N a 147.01 mm, 5) 27 578 N a 153.00 mm, y
6) 20 462 N a 160.10 mm.
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La carga mxima es de 28 913 N, y el ltimo punto de los datos
ocurri inmediatamente
antes de la falla. a) Grafique la curva de esfuerzo-deformacin
de ingeniera. Determine: b)
la resistencia de deformacin, c) el mdulo de elasticidad, d) la
resistencia a la tensin.
a)
b)
=
0
Sustituyendo la formula tmenos:
s =20462N
62.5mm2= 327.392 MPa
b)
= Ee
Para hallar la deformacin ingenieril:
e =L L0
L0
sustituimos en la formula y temenos:
=125.23 125
125=
0.23
125= .
Sustituyendo:
E =
e E =
(327.392)
(0.00184)= 177,93 MP
c)
s =F
A0
Sustituyendo:
=28 913
62.52= .
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Curva de flujo
3.6 En el problema 3.5, determine el coeficiente de resistencia
y el exponente de
endurecimiento por deformacin en la ecuacin de la curva de
flujo. Asegrese de no
emplear datos despus del punto en que ocurri el
estrangulamiento.
Volumen de espcimen v = 125mm(62.5mm2) = 7812.5mm3
Seleccionamos dos puntos: 1) 23 042 N y L = 131.25 mm, 2) 28 913
N y L = 147.01 mm,
1) A = V L =7812.5 3
131.25mm= 59.524 mm2
Deformacin
=23042 N
59.524 mm2= 387.1 MPa
Deformacin real:
= lnL
L0
Sustituyendo:
= ln131.25
125= ln(1.05) = 0.0487
2)
A = V L =7812.5 3
147.01mm= 53.143 mm2
Deformacin
=28913 N
53.143 mm2= . MPa
Deformacin real:
= lnL
L0
Sustituyendo:
= ln147.01
125= ln(1.176) = 0.162
Curva de flujo en la regin plstica:
= Kn
-
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1) 387.1 MPa = K(0.0487)n y 2) 544.06 MPa = K(0.162)n
544.06387.104 = (
0.162
0.0487)n
1.4 = (3.326)n
ln1.4 = n ln(3.326)
0.337 = 1.201n 0.337
1.201= n n = 0.28
Encontramos el valor de K
1) 387.104 MPa = K(0.0487)0.280
K =387.104
0.429= 902.340 MPa
2) 544.459 MPa = K(0.162)0.280
K =544.469
0.600= 907.448 MPa
Sacamos el promedio de los factores, tmenos:
K = 904.894 MPa
Ecuacin de curva:
= 904.8940.280
3.7 En una prueba de tensin sobre un espcimen de metal, la
deformacin verdadera es de
0.08 con un esfuerzo de 265 MPa. Cuando el esfuerzo verdadero es
de 325 MPa, la
deformacin verdadera es de 0.27. Determine el coeficiente de
resistencia y el exponente
de endurecimiento por deformacin en la ecuacin de la curva de
flujo.
Deformacin real en la regin plstica:
= Kn
1) 265 MPa = K(0.08)n y 2) 325MPa = K(0.27)n
325
265= (
0.27
0.08)n
1.226 = (3.375)n
ln1.226 = n ln(3.375)
0.203 = 1.216n 0.203
1.216= n n = 0.166
Encontramos el valor de K
-
IRVING VZQUEZ HUERTA PROCESOS DE MANUFACTURA
1) 265 MPa = K(0.08)0.166
K =265
0.657= 403.348 MPa
2) 325MPa = K(0.27)0.166
K =325
0.804= 404.228 MPa
Promediamos los factores, entonces:
K = 403.788 MPa
Ecuacin de curva:
= 403.7000.280
3.8 Durante una prueba de tensin, un metal tiene una deformacin
verdadera de 0.10 con
un esfuerzo verdadero de 37 000 lb/in2. Despus, con un esfuerzo
verdadero de 55 000
lb/in2, la deformacin verdadera es de 0.25. Determine el
coeficiente de resistencia y el
exponente de endurecimiento por deformacin en la ecuacin de la
curva de flujo.
Deformacin real en la regin plstica:
= Kn
1) 37000 psi = K(0.10)n y 2) 55000 psi = K(0.25)n
55000
37000= (
0.25
0.10)n
1.486 = (2.5)n
ln(1.486) = n ln(2.5)
0.396 = 0.916n 0.396
0.916= n n = 0.432
Encontramos el valor de K
1) 37000 psi = K(0.10)0.432
K =37000
0.369= 100 271.002 psi
2) 2) 55000 psi = K(0.25)0.432
K =55000
0.549= 100 182.149 psi
-
IRVING VZQUEZ HUERTA PROCESOS DE MANUFACTURA
Promediamos los factores, entonces:
K = 100,226.8psi
Ecuacin de curva:
= 100,226.8 0.432
3.9 En una prueba de tensin, un metal comienza a estrangularse
cuando la deformacin
verdadera es de 0.28, con un esfuerzo verdadero correspondiente
de 345.0 MPa. Si el lector
no supiera nada ms sobre la prueba, podra estimar el coeficiente
de resistencia y el
exponente de endurecimiento por deformacin en la ecuacin de la
curva de flujo?
n = 0.28
K =345 MPa
(0.28)0.28=
345
0.700= 492.857 MPa
Ecuacin de curva:
= 492.8570.28
3.10 Una prueba de tensin para cierto metal proporciona los
siguientes parmetros de la
curva de flujo: el exponente de endurecimiento por deformacin es
de 0.3, y el de
resistencia es de 600 MPa. Determine a) el esfuerzo de flujo
para una deformacin
verdadera de 1.0, y b) la deformacin verdadera para un esfuerzo
de flujo de 600 MPa.
a)
= 600(1.0)0.3 = 600 MPa
b)
= Kn
Despejamos
600 = 6000.3
=600
(6000)1 0.3= (1)3.333 = 1.0
3.11 La curva de flujo para cierto metal tiene los parmetros
siguientes: el exponente de
endurecimiento por deformacin es de 0.22, y el coeficiente de
resistencia es de 54 000
lb/in2. Determine:
a) el esfuerzo de flujo para una deformacin verdadera de 0.45,
y
b) la deformacin verdadera para un esfuerzo de flujo de 40 000
lb/in2.
a)
= 54000(0.45)0.22 = 45,300.2 lb
pulg2
b)
= Kn
-
IRVING VZQUEZ HUERTA PROCESOS DE MANUFACTURA
Despejamos
40000 = 540000.22
=40000
(54000)1 0.22= (0.740)4.545 = 0.255
3.13 Un espcimen para una prueba de tensin tiene una longitud
inicial de medida de 75.0
mm. Durante la prueba se estira a una longitud de 110.0 mm antes
de que ocurriera el
estrangulamiento. Determine a) la deformacin de ingeniera, y b)
la deformacin
verdadera. c) Calcule y sume las deformaciones de ingeniera
conforme el espcimen se
estira de: 1) 75.0 a 80.0 mm, 2) 80.0 a 85.0 mm, 3) 85.0 a 90.0
mm, 4) 90.0 a 95.0 mm, 5)
95.0 a 100.0 mm, 6) 100.0 a 105.0 mm, y 7) 105.0 a 110.0 mm. d)
El resultado est ms
cerca de la respuesta del inciso a o a la del b? Ayuda esto a
demostrar lo que significa el
trmino deformacin verdadera?
a) La deformacin ingenieril:
=L L0
L0
Sustituyendo en la frmula:
=110mm 75.0 mm
75.0mm=
35
75= 0.466mm
b) Deformacin verdadera:
= lnL
L0
Sustituyendo en la formula, tmenos:
= ln110
75= ln(1.466) = 0.382
c)
1) L= 75.0 a 80.0 mm,
=80mm 75.0 mm
75.0mm=
5
75= 0.0666mm
2) L= 80.0 a 85.0 mm,
=85mm 80.0 mm
80.0mm=
5
80= 0.0666mm
3) L= 85.0 a 90.0 mm,
=90mm 85.0 mm
85.0mm=
5
85= 0.0588mm
4) L= 90.0 a 95.0 mm,
=95mm90.0 mm
90.0mm=
5
90= 0.0555mm
5) L= 95.0 a 100.0 mm,
=100mm 95.0 mm
95.0mm=
5
95= 0.0526mm
6) L=100.0 a 105.0 mm, y
=105mm 100.0 mm
100.0mm=
5
100= 0.0500mm
-
IRVING VZQUEZ HUERTA PROCESOS DE MANUFACTURA
7) L= 105.0 a 110.0 mm.
=110mm 105.0 mm
105.0mm=
5
105= 0.0476mm
(0.0666 + 0.0476) = 0.3938
d) Est ms cerca al inciso b)
d) La sumatoria es un proceso de aproximacin a la integracin en
el rango de los 75 a 100
mm en b). Como el tamao del intervalo es reducido, la sumatoria
se aproxima al valor de la
integral.
3.14 Un espcimen de prueba de tensin se estira al doble de su
longitud original.
Determine la deformacin de ingeniera y la deformacin verdadera
para la prueba. Si el
metal se haba deformado durante la compresin, determine la
longitud final que se
comprimi el espcimen, de modo que a) la deformacin de ingeniera
sea igual al mismo
valor que en la tensin (ser un valor negativo debido a la
compresin), y b) la deformacin
verdadera sea igual al mismo valor que en la tensin (otra vez,
ser un valor negativo debido
a la compresin). Obsrvese que la respuesta al inciso a) es un
resultado imposible. Por
tanto, la deformacin verdadera es una medicin mejor durante la
deformacin plstica.
Deformacin ingenieril:
=L L0
L0
=2 1
1= 1
Deformacin verdadera:
= lnL
L0
= ln2
1= 0.693
a) S la deformacin ingenieril est en compresin entonces el signo
cambia ( = 1)
b) S la deformacin verdadera est en compresin entonces el signo
cambia ( = 0.693)
Entonces si tenemos en esfuerzo verdadero:
( = 0.693) = lnL
L0
L
L0= exp(0693) = .
3.15 Obtenga una expresin para la deformacin verdadera como
funcin de D y Do para un
espcimen de prueba de tensin de seccin transversal circular,
donde D = dimetro
instantneo del espcimen, y Do es su dimetro original.
-
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Deformacin verdadera:
= lnL
L0
El volumen como constante:
V = A0L0 = AL
L L0 = A0 A
El rea:
A = D2 y A0 = D02
A0 A = D0
2
D2= (
D0D
)2
= ln (D0D
)2 = ( )
Demuestre que la deformacin verdadera es igual a ln(1 + e),
donde e = deformacin de
ingeniera.
= ln(1 + e)
Por definicin tenemos de la deformacin verdadera:
= lnL
L0
Y la deformacin ingenieril:
e =L L0
L0
e =L
L0
L0L0
=L
L0 1
Entonces:
1 + e =L
L0
Por definicin tenemos:
= ( + )
3.17 Con base en los resultados de una prueba de tensin, la
curva de flujo tiene los
parmetros siguientes: el exponente de endurecimiento por
deformacin es de 0.40, y el de
resistencia es de 551.6 MPa. Con base en esta informacin,
calcule la resistencia a la tensin
(de ingeniera) del metal
Frmula de endurecimiento:
= Kn
Dnde = n, entonces:
= 551.6 MPa(0.4)0.4 = 382.338 PMa
-
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De acuerdo al problema 3.15
= ln (D0D
)2 = 2ln (D0 D )
0.4 = 2ln (D0 D )
D0 D =0,4
2= 0.2
D0 D = exp(0.2) = 1.221
rea: (D0
D)2 = (1.221)2 = .
Entonces:
Ts = 1.490(382.338) = .
3.18 Un alambre de cobre de 0.80 mm de dimetro, falla para un
esfuerzo de ingeniera de
248.2 MPa. Su ductilidad se mide como el 75% de reduccin del
rea. Determine el esfuerzo
verdadero y la deformacin verdadera en la falla.
La ductilidad:
AR =A0 Af
A0= 0.75
Despejando:
A0 Af = 0.72A0
A0 A00.75 = Af
0.25A0 = Af
Tenemos:
=248.2
(0.25)= .
= ln (D0D
) = ln (
) = ln(4) = .
3.19 Un espcimen de acero de una prueba de tensin, con longitud
inicial de medicin de
2.0 in, y rea de seccin transversal de 0.5 in2, alcanza una
carga mxima de 37 000 lb. Su
elongacin en este punto es de 24%. Determine el esfuerzo
verdadero y la deformacin
verdadera para esta carga mxima.
Elongacin:
EL =Lf L0
L0= 0.24
-
IRVING VZQUEZ HUERTA PROCESOS DE MANUFACTURA
Despejamos:
Lf L0 = 0.24L0
L = 0.24L0+L0
L = 1.24L0
A =A0
1.24 = 0.806A0
Esfuerzo ingenieril:
=F
A
=37000lb
0.806(0.5pulg)2= , .
Esfuerzo verdadero:
= ln(1.24) = ,
COMPRESIN
3.20 Una aleacin metlica ha sido probada a la tensin, con los
resultados siguientes para
los parmetros de la curva de flujo: coeficiente de resistencia
de 620.5 MPa, y exponente de
endurecimiento por deformacin de 0.26. Luego, el mismo metal se
prueba a la compresin
en que la altura inicial del espcimen es de 62.5 mm con dimetro
de 25 mm. Suponga que
la seccin transversal se incrementa de modo uniforme y determine
la carga que se requiere
para comprimir el espcimen a una altura de
a) 50 mm, y b) 37.5 mm
Volumen de espcimen:
V =hD0
2
4=
62.5(25)2
4= 30679.687 mm3
a) h=50mm
= ln (62.5
50) = 0.223
Frmula de endurecimiento:
= Kn
Yf = 620.5(0.223)0.26 = 420.0500 MPa
A = V L =30679.687mm3
50mm= 613.593mm2
-
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F = 420.050(613.593) = , .
b) 37.5 mm
= ln (62.5
37.5) = 0.510
Formula de endurecimiento:
= Kn
Yf = 620.5(0.510)0.26 = 520.846 MPa
A = V L =30679.687mm3
37.5mm= 818.124mm2
F = 520.846(818.124) = , .
3.21 Los parmetros de la curva de flujo para cierto acero
inoxidable son los que siguen:
coeficiente de resistencia de 1 100 MPa, y exponente de
endurecimiento por deformacin
de 0.35. Un espcimen cilndrico con rea inicial de seccin
transversal igual a 1 000 mm2 y
altura de 75 mm, se comprime a una altura de 58 mm. Determine la
fuerza requerida para
lograr esa compresin, suponiendo que la seccin transversal se
incrementa de modo
uniforme.
h=58 mm
= ln (75
58) = 0.257
Formula de endurecimiento:
= Kn
Yf = 1100(0.257)0.35 = 683.705 MPa
Volumen:
V = 75(1000) = 75 000mm3
A = V L =75000mm3
58mm= 1293.103mm2
F = 683.705(1293.103) = , .
Doblamiento y cortante
3.23 Se utiliza una prueba de flexin para cierto material duro.
Si se sabe que la resistencia a
la ruptura transversal del material es de 1 000 MPa, cul es la
carga anticipada a la que es
-
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probable que falle el espcimen, dado que sus dimensiones son: 15
mm de ancho de la
seccin transversal, 10 mm de espesor de la seccin transversal, y
60 mm de longitud?
Resistencia transversal:
TSR =1.5FL
bt2
Despejando F:
F =TSR(bt2)
1.5L
Sustituyendo:
F =1000(15 102)
1.5(60)= , .
3.24 Un espcimen de cermica especial se prueba a la flexin. Sus
dimensiones son las
siguientes: ancho de la seccin transversal igual a 0.50 in, y
espesor de la seccin transversal
de 0.25 in. La longitud del espcimen entre los apoyos es de 2.0
in. Determine la resistencia
a la ruptura transversal si la falla ocurre con una carga de 1
700 lb.
Resistencia transversal:
TSR =1.5FL
bt2
Sustituyendo valores:
TSR =1.5(1700 lb)(2pulg)
(0.5 pulg 0.252)=
5100
0.0315= 163,200
lb
pulg2
3.25 Una pieza de metal se deforma a la cortante con un ngulo de
42, como se aprecia en
la figura P3.25. Para esta situacin, determine la deformacin por
cortante.
Deformacin cortante:
=
b
= tag 42 = 0.900
-
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3.26 Un espcimen de prueba a la torsin tiene un radio de 25 mm,
espesor de pared de 3
mm y longitud de medicin de 50 mm. Durante la prueba, un par de
900 N-m da como
resultado una deflexin angular de 0.3. Determine a) el esfuerzo
cortante, b) la
deformacin por cortante, y c) el mdulo de la cortante, si se
supone que el espcimen an
no se ha vencido.
Esfuerzo cortante:
=T
2R2t
Sustituyendo valores:
=(900 1000)
2(25)2(3)=
900 000
11781= .
Radianes: = 0.3(2 360 ) = 0.00523 rad
=R
L=
25(0.00523)
50= .
Curva de esfuerzo-deformacin:
= G
Despejamos G:
G =
Sustituyendo:
G = 76.396 0.00261 = , .
En el problema 3.26, la falla del espcimen ocurre para un par de
1 200 N-m, y una deflexin
angular correspondiente de 10. Cul es la resistencia a la
cortante del metal?
Esfuerzo cortante:
=T
2R2t
Sustituyendo:
Esfuerzo cortante:
=(1200 10 00)
2(25)2(3)=
120000
11781= .
3.28 En una prueba de torsin, se aplica un par de 5 000 ft-lb
que ocasiona una deflexin
angular de 1 sobre un espcimen tubular de pared delgada cuyo
radio es de 1.5 in, el
-
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espesor de la pared es de 0.10 in, y la longitud de medida es de
2.0 in. Determine a) el
esfuerzo cortante, b) la deformacin por cortante, y c) el mdulo
de la cortante, si se supone
que el espcimen an no se ha vencido.
Esfuerzo cortante:
=T
2R2t
Sustituyendo valores:
=(5000 12)
2(1.5)2(0.10)=
6 0000
1.413= .
Radianes: = 1(2 360 ) = 0.0174 rad
=R
L=
1.5(0.0174)
2.0= .
Curva de esfuerzo-deformacin:
= G
Despejamos G:
G =
Sustituyendo:
G = 42 462.845 0.01309 = .
3.29 En el problema 3.28, el espcimen falla con un par de 8 000
ft-lb, y una deflexin
angular de 23. Calcule la resistencia a la cortante del
metal.
Esfuerzo cortante:
=T
2R2t
Sustituyendo:
Esfuerzo cortante:
=(8000 12)
2(1.5)2(0.10)=
96000
1.413= ,
Dureza
3.30 En una prueba de dureza de Brinell, se aplica una carga de
1 500 kg sobre un
espcimen, con el empleo de una bola de acero endurecido de 10 mm
de dimetro. La
-
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indentacin resultante tiene un dimetro de 3.2 mm. Determine el
nmero de dureza de
Brinell para el metal.
Formula:
HB =2F
Db(Db Db2 Di
2
Sustituyendo:
HB =2(1500 kg)
(10mm)(10mm (10)2 (3.2)2
HB =3000 kg
10(0.529)=
3000
16.619= .
3.31 En el problema 3.28, suponga que el espcimen es de acero.
Con base en el nmero de
dureza de Brinell que se determin en ese problema, estime la
resistencia a la tensin del
acero.
TS = 500(HB)
HB = 180.516
Entonces:
TS = 500(180.516) = .
3.32 Uno de los inspectores del departamento de control de
calidad ha usado con frecuencia
las pruebas de dureza de Brinell y de Rockwell, para las que la
compaa cuenta con el
equipo. l afirma que todas las pruebas de dureza se basan en el
mismo principio que en la
de Brinell, que consiste en que la dureza siempre se mide como
la carga que se aplica
dividida entre el rea de las impresiones que deja un
indentador.
a) Est en lo correcto? b) Si no es as, cules son los otros
principios involucrados al probar
la dureza, y cules seran las pruebas asociadas?
a) No, las dems escalas para medir dureza no aplican el mismo
principio de la Brinell.
b) En la Prueba de Dureza de Rockwell, se presiona un indentador
cnico, o esfera de
dimetro pequeo, de 1.6 mm o 3.2 mm (1/16 o 1/8 in) contra un
espcimen, por medio de
una carga pequea de 10 kg, lo que asienta el indentador en el
material. Despus se aplica
una carga mayor de 150 kg (u otro valor), lo que hace que el
indentador penetre en el
espcimen cierta profundidad ms all de su posicin inicial. La
mquina de prueba
convierte esta distancia de penetracin, d, en una lectura de
dureza de Rockwell.
-
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Viscosidad de fluidos
3.34 Dos placas planas, separadas por un espacio de 4 mm, se
mueven una respecto de la
otra a una velocidad de 5 m/s. El espacio entre ellas est
ocupado por un fluido de
viscosidad desconocida. Al movimiento de las placas se opone un
esfuerzo cortante de 10
Pa, debido a la viscosidad del fluido. Si se supone que el
gradiente de velocidad del fluido es
constante, determine el coeficiente de viscosidad del
fluido.
=dv
dy
Sustituimos valores:
=5 m s 1000 mm m
4mm= 1250s1
Coeficiente de viscosidad:
=
Sustituimos:
=10 N m2
1250s1= .
3.35 Dos superficies paralelas, separadas por un espacio de 0.5
in ocupado por un fluido, se
mueven una con respecto de la otra a una velocidad de 25 in/s.
Un esfuerzo cortante opone
una resistencia de 0.3 lb/in2 al movimiento, debido a la
viscosidad del fluido. Si el gradiente
de velocidad en el espacio entre las superficies es constante,
determine la viscosidad del
fluido.
=dv
dy
Sustituimos valores:
=25 pulg s
0.5pulg= 50s1
Coeficiente de viscosidad:
=
Sustituimos:
=0.3 lb pulg2
50s1= .
-
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CAPITULO 4 PREGUNTAS DE REPASO
4.1. Defina a la densidad como propiedad de los materiales.
La densidad es la masa por unidad de volumen.
4.2. Cul es la diferencia en las caractersticas de fusin entre
un elemento de metal puro y
otro de aleacin?
Los metales puros presentan una sola temperatura de fusin,
mientras que las aleaciones no
tienen un solo punto de fusin, en cambio, la fusin inicia a
cierta temperatura, llamada
solidus, y contina conforme la temperatura aumenta hasta que por
ltimo se convierte
completamente al estado lquido a una temperatura denominada
solidus. Entre las dos
temperaturas, la aleacin es una mezcla de metales slidos y
fundidos.
4.3. Describa las caractersticas de fusin de un material no
cristalino, como el vidrio.
En ellos hay una transicin gradual de los estados slidos a los
lquidos. El material slido se
suaviza en forma gradual conforme la temperatura aumenta, por
ltimo se hace lquido en
el punto de fusin. Durante el ablandamiento, el material tiene
una consistencia de
plasticidad creciente (cada vez ms como un fluido) segn se
acerca al punto de fusin.
4.4. Defina el calor especfico como propiedad de los
materiales.
Es la energa calorfica para elevar en un grado la temperatura de
una unidad de masa del
material.
4.5. Qu es la conductividad trmica como propiedad de los
materiales?
Es la capacidad de un material para transferir energa trmica a
travs de s mismo por
medio de movimientos trmicos, y en el cual no existe
transferencia de masa.
4.6. Defina la difusividad trmica.
La difusividad trmica es la conductividad trmica dividida por el
calor especfico
volumtrico.
4.7. Cules son las variables importantes que afectan la difusin
de masa?
De acuerdo con la primera ley de Fick, la difusin de masa
depende de D (el coeficiente de
difusin), el cual incrementa con rapidez conforme a la
temperatura, el gradiente de
concentracin, el rea de la frontera y el tiempo.
4.8. Defina la resistividad como propiedad de los
materiales.
La resistividad de un material es su capacidad para oponerse al
flujo de una corriente
elctrica.
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4.9. Por qu los metales son mejores conductores de la
electricidad que las cermicas y
polmeros?
Los metales son buenos conductores debido a que poseen un enlace
metlico, el cual
permite que los electrones fluyan con facilidad a travs del
metal. Los materiales cermicos
y polimricos poseen enlaces covalentes e inicos, lo cual impide
que los electrones fluyan
con facilidad a travs de los materiales.
4.10. Qu es la resistencia dielctrica como propiedad de un
material?
La resistencia dielctrica se define como el potencial elctrico
requerido para romper el
aislamiento por unidad de espesor.
4.11. Qu es un electrolito?
Es una solucin ionizada capaz de conducir una corriente elctrica
gracias al movimiento de
iones.
CUESTIONARIO DE OPCIO N MU LTIPLE
4.1. Cul de los metales siguientes tiene la densidad ms baja?:
a) aluminio, b) cobre, c)
magnesio, o d) estao.
c) Magnesio
4.2. Las propiedades de expansin trmica de los polmeros por lo
general son: a) mayores
que, b) menores que, o c) iguales que las de los metales?
a) mayores que
4.3. Al calentar la mayor parte de aleaciones metlicas, la fusin
comienza a cierta
temperatura y concluye a otra temperatura mayor. En esos casos
cul de las temperaturas
siguientes marca el comienzo de la fusin?: a) liquidus, o b)
solidus.
b) solidus
4.4 Cul de los materiales que siguen tiene el calor especfico ms
elevado?: a) aluminio, b)
concreto, c) polietileno, o d) agua.
d) agua
4.5. Por lo general, se considera que el cobre es fcil de soldar
debido a su elevada
conductividad trmica: a) verdadero, o b) falso.
b) Falso, la alta conductividad trmica del cobre lo hace difcil
de soldar debido a que el calor
fluye lejos de la unin en lugar de concentrarse ah para permitir
la fusin del metal.
4.6. La tasa de difusin de masa dm/dt a travs de una frontera
entre dos metales
diferentes es funcin de cules de las variables siguientes?
(cuatro respuestas mejores): a)
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gradiente de concentracin dc/dx, b) rea de contacto, c)
densidad, d) punto de fusin, e)
expansin trmica, f) temperatura, y g) tiempo.
a) Gradiente de concentracin dc/dx, b) rea de contacto, f)
temperatura y g) tiempo.
4.7. Cul de los metales puros siguientes es el mejor conductor
de la electricidad?: a)
aluminio, b) cobre, c) oro, o d) plata.
d) Plata
4.8. Un superconductor se caracteriza por? (una respuesta es la
mejor): a) resistividad
muy baja, b) conductividad igual a cero, o c) propiedades de
resistividad entre las de los
conductores y los semiconductores.
b) Conductividad igual a cero
4.9. En una celda electroltica, el nodo es el electrodo que es:
a) positivo, o b) negativo?
a) Positivo
PROBLEMAS
4.1. El dimetro inicial de una flecha es de 25.00 mm. Se va a
insertar en el agujero de un
ensamble de ajuste por expansin. Para insertarlo con facilidad,
debe reducirse el dimetro
de la flecha por enfriamiento. Determine la temperatura a que
debe reducirse la flecha a
partir de la temperatura ambiente (20 C) a fin de disminuir su
dimetro a 24.98 mm.
Consulte la tabla 4.1.
Para el acero, = 12(10-6) mm/mm/C de acuerdo con dicha
tabla.
2 1 = 1(2 1)
24.98 - 25.00 = 12(10-6)(25.00)(T2 - 20)
-0.02 = 300(10-6)(T2 - 20)
-0.02 = 0.0003(T2 - 20) = 0.0003T2 - 0.006
-.02 + 0.006 = 0.0003T2
-0.014 = 0.0003T2
T2 = -46.67C
4.2. Se construye un puente de 500 m de largo y 50 m de ancho,
con vigas de acero. Para
compensar el cambio de la longitud en las vigas de apoyo cuando
la temperatura flucte, se
colocan juntas de expansin. Cada una de stas puede compensar un
mximo de 100 mm de
cambio de longitud. De los registros histricos se estima que las
temperaturas mnima y
mxima de la regin sern 35 C y 38 C, respectivamente. Cul es el
nmero mnimo de
juntas de expansin que se requiere?
Asumiremos que L1 = 500m a una temperatura de -35 C, = 12 x
10-6/C
L2 L1 = L1(T2 T1)
L2 L1 = 12x10-6(500)(38 (-35))
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L2 L1 = 0.42 m
Cada junta de expansin compensa 100mm = 0.1m de expansin.
5 juntas proveern 0.500m de expansin, entonces necesitaramos un
mnimo de 5 juntas
para cubrir el total de expansin.
4.3. El aluminio tiene una densidad de 2.70 g/cm3, a temperatura
ambiente (20 C).
Determine su densidad a 650 C, usando los datos de la tabla 4.1
como referencia.
Consideramos un 1cm3, es decir 1cm por lado y de la tabla 4.1
tenemos que:
= 24(10-6) mm/mm/C
L2 - L1 = L1 (T2 - T2).
L2 = 1.0 + 24(10-6)(1.0)(650 - 20) = 1.01512 cm
(L2)3 = (1.01512)3 = 1.04605 cm3
Ahora igualmente tomamos en cuenta el resto de peso;
entonces
a 650 C = 2.70/1.04605 = 2.581 g/cm3
4.4. En relacin a la tabla 4.1, determine el incremento de la
longitud de una barra de acero
cuya longitud es de 10.0 in, si se calienta de la temperatura
ambiente (70 F) a 500 F.
Incremento = (6.7 x 10-6 in/in/F)(10.0 in)(500F - 70F) = 0.0288
in.
4.5. En relacin con la tabla 4.2, determine la cantidad de calor
requerido para incrementar
la temperatura de un bloque de aluminio que mide 10 cm 10 cm 10
cm, de la
temperatura ambiente (21 C) a 300 C.
Calor = (0.21 cal/g-C)(103 cm3)(2.70 g/cm3)(300C - 21C) =
158,193 cal.
Conversin: 1.0 cal = 4.184J, entonces el calor = 662,196 J.
4.6. Cul es la resistencia R de un trozo de alambre de cobre
cuya longitud es de 10 m y
dimetro de 0.10 mm? Emplee como referencia la tabla 4.3.
R = rL/A, A = (0.1)2/4 = 0.007854 mm2 = 0.007854(10-6) m2
De la tabla 4.3, r = 1.7 x 10-8 -m2/m
R = (1.7 x 10-8 -m2/m)(10 m)/( 0.007854(10-6) m2) = 2164.5(10-2)
= 21.65
4.7. Un conductor de nquel con medida de 16 (0.0508 in de
dimetro) conecta un solenoide
a un circuito de control que mide 32.8 ft, a) cul es la
resistencia del conductor? Use la
tabla 4.3 como referencia. b) Si una corriente pasa a travs del
conductor, lo calentara.
Cmo afecta esto a la resistencia?
a) L = 32.8 ft = 393.6 in
rea A = (0.0508)2/4 = 0.00203 in2
R = r (L/A) = 6.8 x 10-8 (39.4)(393.6/0.00203) = 0.520 ohm
Si una corriente pasa a travs del alambre y dicha corriente lo
calentara, su resistencia
cambiara, y debido a que el nquel es un metal, su resistencia
aumentara conforme
aumente su temperatura.
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4.8. En la dcada de 1960, en muchos hogares se utiliz cableado
de aluminio debido al
costo alto del cobre en esa poca. El alambre de aluminio era de
medida 12 (una medida del
rea de la seccin transversal) y se especificaba para una
corriente de 15 A. Si se empleara
alambre de cobre de la misma medida para sustituir al de
aluminio, qu corriente debera
ser capaz de conducir el alambre, si todos los dems factores,
excepto la resistividad, se
consideraran iguales? Suponga que la resistencia del alambre es
el factor principal que
determina la corriente que puede conducir, y que el rea de la
seccin transversal y la
longitud son las mismas para ambos tipos de alambre.
Debido a que el rea de la seccin transversal y la longitud de
los cables son las mismas, el
cambio de la resistencia en general es debido al cambio de la
resistividad de los materiales.
De la tabla 4.3 tenemos que:
Para el Aluminio r = 2.8 x 10-8
Para el cobre r = 1.7 x 10-8
La resistencia se ver reducida por 1.7x10-8/2.8x10-8 = 0.61
Sabemos que I = E/R y RCu = 0.61(RAl), entonces ICu = 1/0.61 *
IAl = 15/0.61 = 25 A
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CAPITULO 5 PREGUNTAS DE REPASO
5.1. Qu es tolerancia?
Se define como la cantidad mxima permisible para que una
dimensin especificada pueda
variar.
5.2. Cules son algunas de las razones por las que son
importantes las superficies?
Algunas de las razones por las que las superficies son
importantes pueden ser: la esttica, la
seguridad, la friccin y el desgaste, el efecto de la superficie
sobre las propiedades fsicas y
mecnicas, el ajuste correcto de los componentes en el montaje y
el buen contacto
elctrico.
5.3. Defina superficie nominal.
La superficie nominal es la parte ideal de la superficie que es
representada en un plano de
ingeniera. Se asume perfectamente lisa, perfectamente plana si
es que se refiere a una
superficie plana o perfectamente redonda si es que se refiere a
una superficie redonda.
5.4. Defina la textura de una superficie.
La textura de la superficie son las desviaciones aleatorias y
repetitivas de la superficie
nominal, la definen cuatro caractersticas: la rugosidad,
ondulacin, orientacin y defectos o
fallas.
5.5. En qu se diferencia la textura de una superficie de la
integridad de sta?
La textura de la superficie slo hace referencia a la geometra de
la superficie, mientras que
la integridad de la superficie estudia y controla la capa
subsuperficial y cualesquiera cambios
que afecten a la pieza misma.
5.6. En el mbito de la textura de la superficie, cmo se
distingue la rugosidad de la
ondulacin?
La rugosidad consta de las desviaciones finamente espaciadas de
la superficie nominal,
mientras que la ondulacin se refiere a las desviaciones de mayor
espaciado. Las
desviaciones de rugosidad se encuentran dentro de las
desviaciones de ondulacin.
5.7. La rugosidad de una superficie es un aspecto mensurable de
su textura; qu significa
rugosidad de la superficie?
La rugosidad superficial se define como el valor promedio de las
desviaciones verticales
desde la superficie nominal sobre una longitud de la superficie
especificada.
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5.8. Cul es la diferencia entre las mediciones AA y RMS, de la
rugosidad de una superficie?
AA (promedio aritmtico) y RMS (raz media cuadrtica) son mtodos
alternativos en que el
valor promedio de la rugosidad se calcula. El mtodo AA utiliza
los valores absolutos de las
desviaciones en el procedimiento de promedio, mientras que el
mtodo RMS utiliza los
valores al cuadrado de las desviaciones en el clculo del
promedio.
5.9. Indique algunas de las limitaciones del empleo de la
rugosidad de la superficie como
medida de la textura de sta.
La rugosidad superficial proporciona slo una nica medida de la
textura de la superficie.
Entre sus limitaciones se encuentran:
1) Vara dependiendo de la direccin
2) Su valor depende de la anchura de corte utilizado para medir
la rugosidad media.
5.10. Identifique algunos cambios y daos que ocurren en la
superficie de un metal o
inmediatamente debajo de ella.
Los cambios y daos incluyen: grietas, crteres, variaciones de
dureza cerca de la superficie,
cambios metalrgicos resultantes del calor, tensiones residuales,
ataque intergranular, etc.
5.11. Qu es lo que ocasiona los distintos tipos de cambio que
ocurren en una capa
alterada, justo debajo de la superficie?
La absorcin de energa en la superficie, resultado del proceso de
manufactura usado para
generar la misma. Las formas de energa pueden ser de varios
tipos, por ejemplo mecnica,
trmica, qumica y elctrica.
5.12. Mencione algunos procesos de la manufactura que produzcan
acabados de la
superficie muy deficientes.
Algunos de ellos pueden ser la fundicin en arena, laminado en
caliente, el aserrado y el
corte trmico (por ejemplo el corte con llama).
5.13. Cite algunos procesos de manufactura que produzcan
acabados de la superficie muy
buenos o excelentes.
Los mtodos abrasivos como el bruido, el pulido, esmerilado, sper
acabado, etc.
CUESTIONARIO DE OPCIO N MU LTIPLE
5.1. Cul de las siguientes es una tolerancia?: a) claro entre
una flecha y la cavidad que lo
aloja, b) error de medicin, c) variacin total permisible de una
dimensin especfica, o d)
variacin en la manufactura.
c) Variacin total permisible de una dimensin especfica.
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5.2. Cules de los siguientes son los dos trminos geomtricos que
tienen el mismo
significado?: a) circularidad, b) concentricidad, c)
cilindricidad, y d) redondez.
a) circularidad y d) redondez
5.3. La textura de una superficie incluye a cules de las
siguientes caractersticas? (tres
respuestas correctas): a) desviaciones de la superficie nominal,
b) marcas de avance de la
herramienta que produjo la superficie, c) variaciones en la
dureza, d) pelculas de aceite, y e)
grietas superficiales.
a) desviaciones de la superficie nominal, b) marcas de avance de
la herramienta que produjo
la superficie y e) grietas superficiales.
5.4. Cul mtodo basado en promediar produce por lo general el
valor ms elevado de la
rugosidad de una superficie?: a) AA, o b) RMS.
b) Raz media cuadrtica.
5.5. La textura de una superficie est incluida en el mbito de la
integridad de ella: a)
verdadero, o b) falso?
a) verdadero
5.6. La energa trmica normalmente se asocia con cules de los
siguientes cambios en la
capa alterada? (tres respuestas correctas): a) grietas, b)
variaciones en la dureza, c) zona
afectada por el calor, d) deformacin plstica, e)
recristalizacin, y f) huecos.
b) variaciones en la dureza, c) zona afectada por el calor y e)
recristalizacin.
5.7. Cules de los siguientes procesos de manufactura es probable
que produzcan el mejor
acabado de la superficie?: a) soldadura autgena con arco, b)
esmerilar, c) maquinado, d)
fundicin con arena, o e) aserrar.
b) esmerilar.
5.8. Cules de los procesos de manufactura siguientes es probable
que den como resultado
el peor acabado de la superficie?: a) rolado en fro, b)
esmerilar, c) maquinado, d) fundicin
con arena, o e) aserrar.
d) fundicin con arena o e) aserrar, cualquiera de los dos puede
ser igual de malo.