MOLDE DE ARENA: fundicion de metales

                                           

METALES

 Se definen como metales, las sustancias que poseen las siguientes propiedades:

· Buena conductividad térmica y eléctrica
· Molécula monoatómica
· Brillo característico llamado metálico
· Muy poco reactivo con el hidrógeno
· Se combina con el oxígeno para formar los óxidos 
· Son dúctiles o deformables
· Son sólidos a temperatura normal excepto el mercurio que es líquido.

De acuerdo con su peso específico ( Pe), pueden ser metales pesados (Pe >4) o metales ligeros ( Pe < 4).

Los metales ligeros tienen gran afinidad por el oxígeno y muchos de ellos descomponen el agua a temperatura normal por reaccionar con el oxígeno.
Los metales pesados son más resistentes a la oxidación; los metales nobles como el oro, plata y el platino no se oxidan aún en caliente.
La mayor parte de los metales se obtienen por extracción de los minerales que los contienen como óxidos, sulfuros, carbonatos y silicatos
Los metales están constituidos por un agregado compacto de cristales (estructura cristalina) que se forma durante la solidificación.
En la estructura cristalina de los metales, los átomos toman posiciones regulares recurrentes en tres dimensiones, determinadas por el número de átomos y su posición en la retícula cristalina, visualizadas como celdas unitarias que constituyen el agrupamiento geométrico básico de los átomos que se repiten indefinidamente.

Las aleaciones de ingeniería pueden dividirse en dos tipos: ferrosas y no ferrosas. La aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de aleación, mientras que las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro. Los aceros que son aleaciones ferrosas, son las más importantes principalmente por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de los aceros al carbono pueden variar considerablemente por trabajo en frío y recocido. Cuando el contenido de carbono de los aceros se incrementa por encima de 0.3% , pueden ser tratados térmicamente por temple y revenido para conseguir resistencia con una razonable ductilidad. Los elementos de aleación tales como el níquel, cromo y molibdeno se añaden a los aceros al carbono para producir aceros de baja aleación. Los aceros de baja aleación presentan buena combinación de alta resistencia y tenacidad, y son de aplicación común en la industria de automóviles para usos como engranajes y ejes.
Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas principalmente por su ligereza, endurecibilidad por deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo. El cobre no aleado se usa en abundancia por su conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, buen procesado y costo relativamente bajo, el cobre se alea con el cinc para formar unas serie de latones que tienen mayor resistencia que el cobre sin alear.
Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un acero inoxidable debe contener al menos 12% de cromo. 

Los hierros para fundición son otra familia industrialmente importante de las aleaciones ferrosas. Son de bajo costo y tienen propiedades especiales tales como un buena moldeabilidad, resistencia a la corrosión, al choque térmico, al desgaste y durabilidad. La fundición gris tiene un alta maquinabilidad y capacidad de amortiguamiento de vibraciones, debido a las hojuelas de grafito en su estructura.
Otras aleaciones no ferrosas son las de magnesio, titanio y níquel . Las de magnesio son excepcionalmente ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales. 
Las aleaciones de titanio son caras, pero tienen una combinación de resistencia y ligereza que no es asequible para cualquier otro sistema de aleación y por esta razón se usan ampliamente en las piezas estructurales de los aviones. Las aleaciones de níquel presentan una gran resistencia a la corrosión y oxidación y son por tanto son usadas comunmente en los procesos industriales químicos y de petróleos. Con la mezcla de níquel, cobalto y cromo se forma la base para las superaleaciones de níquel, necesarias para las turbinas de gas de aviones de propulsión a chorro y algunas baterías eléctricas.

PROCESOS DE FUNDICION

La fundición es el procedimiento más antiguo para dar forma a los metales. Fundamentalmente radica en fundir y colar metal líquido en un molde de la forma y tamaño deseado para que allí solidifique. Generalmente este molde se hace en arena, consolidado por un apisonado manual o mecánico alrededor de un modelo, el cual se extrae antes de recibir el metal fundido. No hay limitaciones en el tamaño de las piezas que puedan colarse, variando desde pequeñas piezas de prótesis dental, con peso en gramos, hasta los grandes bastidores de máquinas de varias toneladas. Este método, es el más adaptable para dar forma a los metales y muchas piezas que son imposibles de fabricar por otros procesos convencionales como la forja, laminación,soldadura, etc.

El primer acercamiento del hombre con metales en estado natural (oro, plata, cobre) se estima que ocurrió hace 4000—7000 años a.n.e. Su verdaderaacción como fundidor el hombre la inicio posteriormente, cuando fue capaz de fundir el cobre a partir del mineral.

El desarrollo en la obtención de productos fundidos se manifestó tanto en Europa como en Asia y África. Los romanos explotaron yacimientos dehierro en Estiria (Australia) de donde obtenían el metal para sus armas, instrumentos de trabajo y de uso doméstico. (A.Biedermann 1957)

Hoy en día los países desarrollados, al calor de la revolución científico-técnica contemporánea, acometen las tareas de mecanización y automatización, la implantación de nuevas tecnologías y el perfeccionamiento de las existentes.

hay que destacar que el proceso de obtención de pieza por fundición por diferentes procesos los cuales son:

Preparación de mezcla

• 1. Moldeo

• 2. Fusión

• 3. Vertido

• 4. Desmolde ,limpieza, acabado

FUSION

Proceso fisico que consiste en el cambio de estado de la materia del estado solido al estado liquido por la acción del calor. Cuando se calienta un sólido, se transfiere calor a los atomos que vibran con más rapidez a medida que gana energía. Por ejemplo: el hielo(solido) se fusiona en un vaso y se vuelve agua (liquido).

El proceso de fusión de la materia es el mismo que el de fundicion, pero este término se aplica generalmente a sustancias como los metales, que se licuan a altas temperaturas, y a sólidos cristalinos. Cuando una sustancia se encuentra a su temperatura de fusión, el calor que se suministra es absorbido por la sustancia durante su transformación, y no produce variación de su temperatura. Este calor adicional se conoce como calor de fusión. El término fusión se aplica también al proceso de calentar una mezcla de sólidos para obtener una disolución líquida simple, como en el caso rompan, desaparezca la distribución regular o lo que es lo mismo la estructura cristalina y se inicie el paso al estado líquido, es decir la fusión.

ENSAMBLES

SOLDADURA

La soldadura es un proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de contacto de dos (o más) partes mediante la aplicación conveniente de calor o presión.

La soldadura es un proceso relativamente nuevo, su importancia comercial y tecnológica se deriva de los siguiente:

1. La soldadura proporciona unión permanente
2. La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales.
3. En general, la soldadura es una forma más económica de unir componentes, en términos de uso de materiales y costos de fabricación.
4. La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede realizarse en el campo.

TIPO DE SOLDADURAS

• Soldadura por fusión – estos procesos usan el calor para fundir los materiales base. En muchas operaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte a la combinación fundida para facilitar el proceso y aportar volumen y resistencia a la unión soldada.

• Soldadura de estado sólido – este proceso se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión. Algunos procesos representativos de este proceso son:

  ·        Soldadura por difusión, las partes se colocan juntas bajo presión a una temperatura elevada.

  ·        Soldadura por fricción, es un proceso similar al de difusión, solo que la temperatura se obtiene al friccionar las partes a unir.

  ·        Soldadura ultrasónica – se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a las superficies de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y obtienen la unión atómica de las partes.

LA UNION POR SOLDADURA

 La soldadura produce una conexión sólida entre dos partes denominada unión por soldadura, así es como se denomina a este contacto de los bordes o superficies de las partes que han sido unidas.

            Tipos de uniones

(a)    Unión empalmada – en esta unión, las partes se encuentran en el mismo plano y unen sus bordes.

(b)   Unión de esquina – Las partes en una unión de esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo.

(c)    Unión superpuesta – Esta unión consiste de dos partes que se sobreponen

(d)   Unión T – Una parte es perpendicular a la otra cuando se unen

(e)    Unión de bordes – las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común.

Existe otros tipos de soldadura como:

1. Soldadura metálica con arco protegido
2. Soldadura metálica con arco eléctrico y gas
3. Soldadura con núcleo fundente
4. Soldadura electro gaseosa
5. Soldadura con arco sumergido

La soldadura por resistencia es principalmente un tipo de soldadura por fusión donde el calor se obtiene mediante la generación de un gran resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la unión que se va a soldar

Solabilidad: 

La calidad de una soldadura también depende de la combinación de los materiales usados para el material base y el material de relleno. No todos los metales son adecuados para la soldadura, y no todos los metales de relleno trabajan bien con materiales base aceptables.

Aceros:

La solabilidad de aceros es inversamente proporcional a una propiedad conocida como la templabilidad del acero, que mide la probabilidad de formar la martensita durante el tratamiento de soldadura o calor. La templabildad del acero depende de su composición química, con mayores cantidades de carbono y de otros elementos de aleacion resultando en mayor templabildad y por lo tanto una soldabilidad menor. Para poder juzgar las aleaciones compuestas de muchos materiales distintos, se usa una medida conocida como el contenido equivalente de carbono para comparar las soldabilidades relativas de diferentes aleaciones comparando sus propiedades a un acero al carbono simple. El efecto sobre la soldabilidad de elementos como el cromo y el vanadio, mientras que no es tan grande como la del carbono, es por ejemplo más significativa que la del cobre y el niquel. A medida que se eleva el contenido equivalente de carbono, la soldabilidad de la aleación decrece. La desventaja de usar simple carbono y los aceros de baja aleación es su menor resistencia - hay una compensación entre la resistencia del material y la soldabilidad. Losaceros de alta resistencia y baja aleacion fueron desarrollados especialmente para los usos en la soldadura durante los años 1970, y estos materiales, generalmente fáciles de soldar tienen buena resistencia, haciéndolos ideales para muchas aplicaciones de soldadura.

Debido a su alto contenido de cromo, los aceros inoxidables tienden a comportarse de una manera diferente a otros aceros con respecto a la soldabilidad. Los grados austeniticos de los aceros inoxidables tienden a ser más soldables, pero son especialmente susceptibles a la distorsión debido a su alto coeficiente de expansión térmica. Algunas aleaciones de este tipo son propensas a agrietarse y también a tener una reducida resistencia a la corrosión. Si no está controlada la cantidad de ferrita en la soldadura es posible el agrietamiento caliente. Para aliviar el problema, se usa un electrodo que deposita un metal de soldadura que contiene una cantidad pequeña de ferrita. Otros tipos de aceros inoxidables, tales como los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos, no son fácilmente soldables, y a menudo deben ser precalentados y soldados con electrodos especiales.

Aluminio:

La soldabilidad de las aleaciones de aluminio varía significativamente dependiendo de la composición química de la aleación usada. Las aleaciones de aluminio son susceptibles al agrietamiento caliente, y para combatir el problema los soldadores aumentan la velocidad de la soldadura para reducir el aporte de calor. El precalentamiento reduce el gradiente de temperatura a través de la zona de soldadura y por lo tanto ayuda a reducir el agrietamiento caliente, pero puede reducir las características mecánicas del material base y no debe ser usado cuando el material base está restringido. El diseño del empalme también puede cambiarse, y puede seleccionarse una aleación de relleno más compatible para disminuir la probabilidad del agrietamiento caliente. Las aleaciones de aluminio también deben ser limpiadas antes de la soldadura, con el objeto de quitar todos los oxidos, aceites, y partículas sueltas de la superficie a ser soldada. Esto es especialmente importante debido a la susceptibilidad de una soldadura de aluminio a la porosidad debido al hidrogeno y a la escoria debido al oxigeno.

UNIONES ADHESIVAS

El uso de adhesivos data de épocas antiguas, y el pegado fue probablemente el primero de los métodos de unión permanente utilizado. Los adhesivos tienen un alto rango de aplicaciones de unión y sellado, para integrar materiales similares y diferentes, como metales, plásticos, cerámica, madera, papel y cartón entre otros.

La unión con adhesivos es un proceso en el cual se usa un material ajeno a los materiales que se desea unir para la fijación de ambas superficies.

Generalmente, las uniones con adhesivos no son tan fuertes como las que se hacen con soldadura, y para eso se toman en cuenta algunos principios:

1. Se debe maximizar el área de contacto de la unión
2. Los pegados son más fuertes en cizalla y en tensión, y las uniones deben diseñarse para que se apliquen tensiones de esos tipos. (a) y (b)
3. Los pegados son más débiles en hendiduras o desprendimientos, y deben diseñarse para evitar este tipo de tensiones. (c) y (d)

Tipos de Adhesivos

  Existe una gran cantidad de adhesivos comerciales, pero todos estos pueden clasificarse dentro de 4 categorías: 1) naturales, 2) inorgánicos y 3) sintéticos.

  Los adhesivos naturales son materiales derivados de fuentes como plantas y animales, e incluyen  las gomas, el almidón, la dextrina, el flúor de soya y el colágeno. Este tipo de adhesivos se limita aplicaciones de bajo tensión.

  Lo adhesivos inorgánicos se basan principalmente en el silicio de sodio y el oxicloruro de magnesio, aunque el costo de estos  es  relativamente bajo, su resistencia es similar a los naturales.

  Los adhesivos sintéticos constituyen  la categoría más importante en la manufactura; incluyen diversos polímeros termoplásticos y duroplásticos

Métodos de aplicación de adhesivos

1)      Aplicación con brocha

2)      Rodillos manuales

3)      Serigrafía

4)      Por flujo

5)      Por aspersión o atomización

6)      Con aplicadores automáticos (ver figura 1)

7)      Recubrimiento mediante rodillo (ver figura 2)

ENSAMBLES MECANICOS

Tornillos, pernos y sujetadores:

Los tornillos y los pernos son sujetadores con roscas externas. Hay una diferencia técnica entre un tornillo y un perno, que con frecuencia se confunde en el su uso popular. Un tornillo es un sujetador con rosca externa que, por lo general, se ensambla en un orificio roscado ciego. Un perno es un sujetador con rosca externa que se inserta a través de orificios en las partes y se asegura con una tuerca en el lado opuesto.

Otros sujetadores roscados y equipo relacionado

1)      Los insertos con tornillo de rosca son pernos sin cabeza con rosca interna o rollos de alambre hechos para insertarse en un orificio sin rosca y para aceptar un sujetador con rosca externa. Fig 1.

2)      Los sujetadores roscados prisioneros son sujetadores con rosca que han preensamblado permanentemente a una de  las partes que se van a unir.

REMACHES Y OJILLOS

Los remaches son sujetadores que se utilizan ampliamente para obtener una unión permanente en forma mecánica. Estos remaches son una punta con cabeza y sin rosca que se usa para unir dos(o más) partes, la punta pasa a través de orificios en las partes y después forma una segunda cabeza en la punta del lado opuesto.

Los ojetes u ojillos son sujetadores tubulares de paredes delgadas con un reborde en un extremo. Se usan para producir una unión empalmada permanente entre dos (o más) partes planas.

AJUSTES POR INTERFERENCIA

Los ajustes de agarre automático son la unión de dos partes, en las cuales los elementos que coinciden poseen una interferencia temporal mientras se oprimen juntos, pero una vez que se ensamblan se entrelazan para conservar el ensamble.

Existen otros ajustes por interferencia como:

a)      Puntillado – es una operación de sujeción en a cual se usa una maquina que produce las puntillas en forma de U de alambre de acero, y de inmediato las inserta a través de las dos partes que se van a unir.

b)      Engrapado – son grapas en forma de U que se clavan a través de dos partes que se van a unir.

c)      Cosido – es un método de unión común para partes suaves y flexibles, tales como telas y piel, el método implica el uso de un cordón o hilo largo entrelazado con las partes para producir una costura continua entre ellas.

MAPA CONCEPTUAL SE ENCUENTRA EN LA FOTOGALERIA DEBIDO A QUE ES MUY GRANDE

EXTURSION

Es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. Las dos ventajas principales de este proceso por encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy complejas y el trabajo con materiales que son quebradizos, porque el material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento. También las piezas finales se forman con una terminación superficial excelente.

La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semicontinua (produciendo muchas partes). El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o frío.

Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polimeros, ceramicas, hormigon y productos alimenticios.

Aluminio extruido.

Extrusion en Caliente:

La extrusión en caliente se hace a temperaturas elevadas para evitar el trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. La mayoría de la extrusión en caliente se realiza en prensas hidráulicas horizontales con rango de 250 a 12.000 t. Rangos de presión de 30 a 700 Mpa (4400 a 102.000 psi), por lo que la lubricación es necesaria, puede ser aceite o grafito para bajas temperaturas de extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión. La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su mantenimiento. 

MODELOS DE ALUMINIO PARA EXTRUSION EN CALIENTE

Extrusion en Frio:

La extrusión fría es hecha a temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente. La ventaja de ésta sobre la extrusión en caliente es la falta de oxidación, lo que se traduce en una mayor fortaleza debido al trabajo en frío o tratamiento frio, estrecha tolerancia, buen acabado de la superficie y rápida velocidad de extrusión si el material es sometido a breves calentamientos.

Los materiales que son comúnmente tratados con extrusión fría son: plomo, estaño, aluminio, cobre, circonio, titanio, molibdeno, berilio, vanadio, niobio y acero.

Algunos ejemplos de productos obtenidos por este proceso son: los tubos plegables, el extintor de incendios, cilindros del amortiguador, pistones automotores, entre otros.

Extrusion Tibia:

La extrusión tibia se hace por encima de la temperatura ambiente pero por debajo de la temperatura de recristalización del material, en el rango de temperaturas de 800 a 1800 °F (de 424 °C a 975 °C). Este proceso es usualmente usado para lograr el equilibrio apropiado en las fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades finales de la extrusión.

La extrusión tibia tiene varias ventajas rentables comparada con la extrusión fría: reduce la presión que debe ser aplicada al material y aumenta la ductilidad del acero. La extrusión tibia incluso puede eliminar el tratamiento térmico requerido en la extrusión en frío.

EQUIPAMIENTO:

Extrusion Directa:

La extrusión directa, también conocida como extrusión delantera, es el proceso más común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un recipiente fuertemente reforzado. La barra es empujada a través del troquel por el tornillo o carnero. Hay un dummy block reusable entre el tornillo y la barra para mantenerlos separados. La mayor desventaja de este proceso es la fuerza requerida en la extrusión de la barra, es mayor que la necesitada en la extrusión indirecta porque la fuerza de friccion introducida por la necesidad de la barra de recorrer completamente el contenedor. Por eso la mayor fuerza requerida es al comienzo del proceso y decrece según la barra se va agotando. Al final de la barra la fuerza aumenta grandemente porque la barra es delgada y el material debe fluir no radialmente para salir del troquel. El final de la barra, llamado tacón final, no es usado por esta razón.

Extrusion Indirecta:

En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la barra y el contenedor se mueven juntos mientras el troquel está estacionario. El troquel es sostenido en el lugar por un soporte el cual debe ser tan largo como el contenedor. La longitud máxima de la extrusión está dada por la fuerza de la columna del soporte. Al moverse la barra con el contenedor, la fricción es eliminada.

Ventajas:

• Una reducción del 25 a 30% de la fuerza de fricción, permite la extrusión de largas barras.
• Hay una menor tendencia para la extrusión de resquebrajarse o quebrarse porque no hay calor formado por la fricción.
• El recubrimiento del contenedor durará más debido al menor uso.
• La barra es usada más uniformemente tal que los defectos de la extrusión y las zonas periféricas ásperas o granulares son menos probables.

Desventajas:

• Las impurezas y defectos en la superficie de la barra afectan la superficie de la extrusión. Antes de ser usada, la barra debe ser limpiada o pulida con un cepillo de alambres.
• Este proceso no es versátil como la extrusión directa porque el área de la sección transversal es limitada por el máximo tamaño del tallo.

Metales:

Metales que son comúnmente usados en procesos de extrusión:⁹

• Aluminio es el material más común, puede ser extruido caliente o frío. si es extruido caliente es calentado de 575 a 11 00 °F (300 a 600 °C) . Ejemplos de este producto incluye armaduras, marcos, barras y disipadores de calor entre otros.
• Cobre (1100 a 1825 °F (600 a 1000 °C)) cañerías, alambres, varas, barras, tubos y electrodos de soldadura. A menudo se requieren 100 ksi (690 MPa) para extrudir el cobre.
• Plomo y estaño ((máximo 575 °F (300 °C)) cañerías, alambres, tubos y forros exteriores de cables. La fundición de plomo también es usada en vez del prensado de extrusión vertical.
• Magnesio ((575 a 1100 °F (300 a 600 °C)) en partes de aviones y partes de industrias nucleares.
• Zinc ((400 a 650 °F (200 a 350)), varas, barras, tubos, componentes de hardware, montajes y barandales
• Acero (1825 a 2375 °F (1000 a1300 °C)) varas y pistas, usualmente el carbón acerado simple es extruido. La aleación acero y acero inoxidable también puede ser extruida.
• Titanio ((1100 a 1825 °F (600 a 1000 °C)) componentes de aviones, asientos, pistas, anillos de arranques estructurales.

La aleación de magnesio y aluminio usualmente tiene 0.75 μm (30 μin). RMS o mejor acabado de superficie. El titanio y el acero pueden lograr 3 μm (125 μin). RMS.

En 1950 Ugine Séjournet de Francia, inventó un proceso el cual usaba cristal como lubricante para extruir acero. El proceso Ugine-Sejournet o Sejournet es ahora usado en otros materiales que tienen temperatura de fusión mayor que el acero o que requiere un limitado rango de temperatura su extrusión. El proceso comienza por el calentamiento del material a la temperatura de extrusión y entonces es enrollado en polvo de cristal. El cristal se funde y forma una fina capa que actúa como lubricante. Un espero anillo de cristal sólido con 0,25 a 0,75, ien (6 a 18 mm) de espesor es ubicado en la cámara sobre el troquel para lubricar la extrusión mientras es forzado a pasar por el troquel. Una segunda ventaja del anillo de cristal es la habilidad de aislar el calor de la barra del troquel. La extrusión tendrá una capa de cristal de 1 mil de espesor, la que puede ser fácilmente quitada cuando se enfría.

Otro descubrimiento en la lubricación es el uso del revestimiento de fosfato. Con este proceso junto a la lubricación con cristal, el acero puede ser extruido con extrusión fría. La capa de fosfato absorbe al cristal líquido para ofrecer una mejor propiedad de lubricación.

videos guias

MOLDE DE ARENA: fundicion de metales

https://www.youtube.com/watch?v=xcrwVTkXDEU

METALES:

https://www.youtube.com/watch?v=7baSuFJDjzM

https://www.youtube.com/watch?v=DPjuWExZ-os

PROCESOS DE FUNDICION:

https://www.youtube.com/watch?v=iWgmZRW8MmQ

SOLDADURAS:

https://www.youtube.com/watch?v=Ur0-rtBz-G8

EXTRUSION:

https://www.youtube.com/watch?v=ODRT9-JvJB8

TENSOESTRUCTURAS

La pagina con toda la informacion sobre cada pieza que debemos fabricar y cada forma de agarre que debe tener la tensoestructura diseñada se encuentra en esta pagina:

https://upcommons.upc.edu/e-prints/bitstream/2117/15512/1/PONENCIA_LLORENS.pdf

EL BOMBILLO: ¿QUE ES? ¿COMO FUNCIONA?

Qué es el Bombillo?

Llegar hasta este invento le tomó muchos años a varios científicos. Antes del bombillo la gente debía conformarse con iluminar las noches con humeantes y hediondos mecheros, velas, faroles y otra gran cantidad de variantes, que nunca iluminaban lo suficiente o se apagaban en muy poco tiempo.
Le correspondió a Thomas Alva Edison inventar el bombillo. Pero no fue nada sencillo. Después de dos años de intentar esta luz limpia, duradera y de bajo costo; finalmente Edison y su equipo lo consiguieron. Entretanto, este científico mandó a buscar en las junglas amazónicas, en Japón y en otros sitios lejanos, el apropiado "filamento" que pudiera durar mucho tiempo encendido sin quemarse.
Edison intentó con más de seis mil vegetales distintos, gastó más de cuarenta mil dólares y efectuó mil doscientos experimentos¡ Pero vaya que valió la pena! Finalmente, Edison tuvo éxito, y uno de sus bombillos se mantuvo encendido dos días seguidos.
Este "primer bombillo" utilizaba una ramita de algodón quemada, de la misma forma que se quema el algodón luego de cada cosecha. En poco tiempo se sustituyó la ramita de algodón por filamentos metálicos y, poco a poco, a medida que la electricidad llegaba a las ciudades, llegaba también esta luz mágica, brillante y maravillosa.
En la actualidad, no sólo se usan filamentos metálicos para encender los bombillos, sino que también se emplean gases para las luces de neón. En cuanto a las clases de bombillos que hay, hoy en día existen miles de tipos diferentes.

 

Como funciona el Bombillo

 

En esencia, el funcionamiento de un bombillo es tan sencillo como hacer clic para apagarlo

: La electricidad hace arder un delgado filamento metálico que dura mucho tiempo sin consumirse o "quemarse", ya que se encuentra sellado al vacío (es decir, sin oxígeno que lo consuma), dentro de un vidrio que casi siempre tiene forma de pera.

Una lámpara incandescente, llamada también lamparita, bombilla, ampolleta o foco, es un dispositivo que produceluz mediante el calentamiento de un filamento metálico, hasta ponerlo al rojo blanco, mediante el paso de corriente eléctrica (por efecto Joule).

 

 

 

 

Partes del Bombillo

1 Envoltura- Ampolla de vidrio-Bulbo

2 Gas inerte

3 Filamento de Tungsteneo

4 Alambre de contacto (va al pie)

5 Alambre de contacto (va a la base)

6 Alambre de soporte

7 Soporte de vidrio

8 Base de contacto

9 Casquillo Metálico

10 Aislamiento

11 pie de contacto eléctrico

 

 

Funcionamiento del bombillo

 

Consta de un filamento de wolframio o tungsteno muy fino, encerrado en una ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vacíoo se ha rellenado con un gas inerte, para evitar que el filamento se volatilice por las altas temperaturas que debe alcanzar. Se completa con un casquillo metálico, en el que se disponen las conexiones eléctricas.
La ampolla varía de tamaño con la potencia de la lámpara, puesto que la temperatura del filamento es muy alta y, al crecer la potencia y el desprendimiento de calor, ha de aumentarse la superficie de enfriamiento.
Inicialmente el interior de la ampolla estaba al vacío. Pero actualmente está rellena de algún gas noble (o una mezcla de ellos) que evitan la combustión del filamento. 
El casquillo sirve también para fijar la lámpara en unportalámparas, por medio de una rosca o una bayoneta. En Europa los casquillos de rosca están normalizados en E-14, E-27 y E-45, siendo la cifra los milímetros de diámetro.
Se han conseguido mejorar las propiedades de esta lámpara en lalámpara halógena

TIPOS DE BOMBILLOS

 

INCANDESCENTES

Las lámparas incandescentes son las más utilizadas principalmente en el sector doméstico debido a su bajo coste, su versatilidad y su simplicidad de uso. Su funcionamiento se basa en hacer pasar una corriente eléctrica por un filamento de wolframio hasta que alcanza una temperatura tan elevada que emite radiaciones visibles por el ojo humano. Potencias disponibles (W) de 15 a 500 Flujo luminoso (lm) de 90 a 8400 Eficacia luminosa (lm/W) de 6 a 16,8 (muy baja) Temperatura de color (K) 2700 (cálido) Vida media (h) 1000 Coste medio Bajo Reproducción de colores Excelente VENTAJAS INCONVENIENTES Muy bajo coste Las más cómodas para la lectura Muy poca vida Alto consumo Alto calentamiento APLICACIONES Ámbito de aplicación muy general Se presta bien a los alumbrados localizados y decorativos Dado su bajo coste, son interesantes en utilización intermitente

 

 

Las bombillas de bajo consumo nos permiten ahorrar más de un 80% de energía si las comparamos con las tradicionales bombillas incandescentes. Esto supone no sólo un gasto menos para nuestro bolsillo sino una contribución enorme para la conservación del medio ambiente. Aquí le mostramos la equivalencia en potencia entre bombillas incandescentes y de bajo consumo. Por ejemplo, una bombilla de 60w equivale a una de bajo consumo de 12w y ambas proporcionan la misma luz.

Si todavía sigue usando bombillas incandescentes en su vivienda o empresa, sepa que desde el año 2009 al 2016 la nueva regulación de consumo energético hará que se dejen de fabricar las bombillas incandescentes no halógenas y parte de las restantes. Puede verlo en esta tabla.

 

HALOGENOS

La incandescencia halógena mejora la vida y la eficacia de las lámparas incandescentes, aunque su coste es mayor y su uso más delicado. Incorporan un gas halógeno para evitar que se evapore el wolframio del filamento y se deposite en la ampolla disminuyendo el flujo útil como ocurre en las incandescentes estándar.

Potencias disponibles (W)	de 5 a 2000
Flujo luminoso (lm)	de 60 a 44000
Eficacia luminosa (lm/W)	de 10,4 a 22 (baja)
Temperatura de color (K)	3000 a 3300 (cálido)
Vida media (h)	3000 - 5000

Coste medio	Bajo
Reproducción de colores	Excelente

VENTAJAS	INCONVENIENTES
Luz más intensa y brillante que las incandescentes normales Más eficientes	Delicadas. Requieren manipulación especial Desprenden bastante calor Más caras que las incandescentes normales

APLICACIONES

Alumbrado interior decorativo Alumbrado por proyector en zonas deportivas, aeropuertos, monumentos, etc...

 

FLUORESCENTE TUBULAR

Son lámparas de vapor de mercurio a baja presión de elevada eficacia y vida. Las cualidades de color y su baja luminancia las hacen idóneas para interiores de altura reducida. Ocupan el segundo lugar de consumo después de las incandescentes, principalmente en oficinas, comercios, locales públicos, industrias, etc. Las lámparas fluorescentes más usadas hoy en día son las T8 (26 mm de diámetro); sin embargo, se han desarrollado las T5 (16 mm de diámetro) que sólo funcionan con equipo auxiliar electrónico. Esto, junto a su menor diámetro les proporciona una alta eficacia luminosa, que puede alcanzar hasta 104 lm/W.

Potencias disponibles (W)	de 10 a 80
Flujo luminoso (lm)	de 900 a 5200
Eficacia luminosa (lm/W)	de 65 a 104 (media alta)
Temperatura de color (K)	2700 a 6500 (variable)
Vida media (h)	12000 - 20000

Coste medio	Medio alto
Reproducción de colores	Buena

VENTAJAS	INCONVENIENTES
Producen más luminosidad con menos consumo Tienen una larga vida útil Poca pérdida de energía y menos pérdida de calor	No recomendable para lectura La mayoría no pueden usarse con reguladores de intensidad No válidas para máxima luz de forma inmediata o por poco tiempo Materiales contaminantes

APLICACIONES

Alumbrado público Naves industriales, almacenes, oficinas, etc... Donde se necesite una buena distinción de color

 

FLUORESCENTE COMPACTA

Poseen el mismo funcionamiento que las lámparas fluorescentes tubulares y están formadas por uno o varios tubos fluorescentes doblados. Son una alternativa de mayor eficacia y mayor vida a las lámparas incandescentes. Algunas de estas lámparas compactas llevan el equipo auxiliar incorporado (lámparas integradas) y pueden sustituir directamente a las lámparas incandescentes en su portalámparas.

 

Potencias disponibles (W)	de 3 a 70
Flujo luminoso (lm)	de 100 a 5200
Eficacia luminosa (lm/W)	de 33,3 a 74 (media alta)
Temperatura de color (K)	2700 a 6500 (variable)
Vida media (h)	10000 - 20000

Coste medio	Medio alto
Reproducción de colores	Buena

VENTAJAS	INCONVENIENTES
Durabilidad. De 10 a 20 veces más que una incandescente Ahorro de energía. Consumen unas 5 veces menos que las tradicionales	Materiales contaminantes si no se reciclan adecuadamente Bastante caras

APLICACIONES

Alumbrado público Naves industriales, almacenes, oficinas, etc... Donde se necesite una buena distinción de color Sustitutas rápidas de las incandescentes

 

HALOGENUROS METALICOS

Este tipo de lámpara posee halogenuros metálicos además del relleno de mercurio por lo que mejoran considerablemente la capacidad de reproducir el color, además de mejorar la eficacia. Su uso está muy extendido y es muy variado, por ejemplo, en alumbrado público, comercial, de fachadas, monumentos, etc.

Eficacia luminosa (lm/W)	de 60 a 120 (alta)
Temperatura de color (K)	3000 a 6100 (frío)
Vida media (h)	4500 - 20000

Coste medio	Alto
Reproducción de colores	Buena

VENTAJAS	INCONVENIENTES
Muy alta temperatura de color Larga vida	Reservado a exteriores

APLICACIONES

Alumbrado de grandes espacios y vestíbulos de gran altura por proyectores Alumbrados deportivos

 

LED

Aunque la tecnología LED se viene usando desde hace varias décadas, es ahora cuando los últimos avances y desarrollos tecnológicos posibilitan el aprovechamiento de casi la totalidad de la energía lumínica que produce un LED. Estas bombillas son actualmente las que ofrecen más luz con el menor consumo. Además, su vida útil es desproporcionadamente mayor en comparación con las bombillas tradicionales.

Potencias disponibles (W)	de 0,1 a 32
Flujo luminoso (lm)	de 20 a 9500
Eficacia luminosa (lm/W)	de 25 a 85 (muy alta)
Temperatura de color (K)	de 1200 a 9600
Vida media (h)	40000

Coste medio	Muy alto
Reproducción de colores	Excelente - RGB

VENTAJAS	INCONVENIENTES
Larguísima duración Muy bajo consumo RGB - Si la bombilla lo permite, puede generar cualquier color Baja emisión de calor	Muy alto precio No son fáciles de encontrar según qué formato

APLICACIONES

Donde se requiera una iluminación continuada, para evitar altos consumos (escaparates, tiendas, oficinas, semáforos, etc) Se presta bien a los alumbrados localizados y decorativos Dispositivos portátiles (linternas, equipos de luz con batería, etc)

 

DEFINICION DE LAMPARA

La lámpara es el elemento, el aparato más popular y usado a la hora de suministrar luz a un espacio o sector dado de: nuestra casa, de una oficina, de un establecimiento comercial, de un espacio público, entre otros lugares.

Al mismo tiempo, la lámpara, es soporte de la bombita de luz que ilumina y es la que facilita la conexión con la red eléctrica. Las partes componentes de una lámpara son: el pie o el brazo, la pantalla o la tulipa, que son las encargadas de aminorar el efecto de la luz directa y protegen la vista del encandilamiento directo, y la bombita.

 

Cabe destacarse que para cumplir satisfactoriamente con su función, la lámpara, debe reunir las siguientes condiciones: controlar y distribuir de modo eficiente la luz que se emite, es importante que la misma no encandile a los usuarios, sino que los ilumine de manera conforme.

Otras cuestiones fundamentales son: que dispongan de un mecanismo sencillo para la instalación y el posterior mantenimiento, y asimismo que esté fabricada a partir de materiales correctos, que sean capaces de resistir la temperatura y las condiciones del ambiente en que se instalará.

Por otra parte, la estética es otra cuestión no menos importante para la mayoría, aunque, si bien para quienes así lo deseen está bien que prioricen este tema, también, es preciso que la misma no perjudique ninguna de las condiciones mencionadas anteriormente.

La economía, asimismo, es otro hecho que se tiene muy en cuenta a la hora de elegir una luminaria, es decir, la posibilidad que la misma pueda emplearse con lo que se conoce como bombitas de bajo consumo, que son aquellas recomendadas por las empresas proveedoras de energía porque contribuyen al uso racional y adecuado de la energía eléctrica.

Pero no siempre hubo energía eléctrica en el planeta como hoy, entonces, en los primeros tiempos del mundo la luz se conseguía a partir de lámparas que consistían de recipientes que se llenaban de líquido oleoso que se prendía por la mecha y entonces el fuego generado daba luz por la noche o cuando se necesitaba.

Con el transcurrir del tiempo y los avances tecnológicos, estos elementos fueron mejorando y evolucionando. También las características y condiciones variaban mucho de una cultura a otra. Por ejemplo, en oriente era usual el uso de la lámpara de aceite que tenía forma de plato y un pie labrado.

En la actualidad nos podremos encontrar con los siguientes tipos de lámparas: de pie (se apoyan en el suelo y generalmente son altas), de techo (porque justamente cuelgan del techo, por ejemplo arañas), de mesa (se disponen en las mesas o escritorios).

DEFINICION DE LAMPARA

La lámpara es el elemento, el aparato más popular y usado a la hora de suministrar luz a un espacio o sector dado de: nuestra casa, de una oficina, de un establecimiento comercial, de un espacio público, entre otros lugares.

Al mismo tiempo, la lámpara, es soporte de la bombita de luz que ilumina y es la que facilita la conexión con la red eléctrica. Las partes componentes de una lámpara son: el pie o el brazo, la pantalla o la tulipa, que son las encargadas de aminorar el efecto de la luz directa y protegen la vista del encandilamiento directo, y la bombita.

 

Cabe destacarse que para cumplir satisfactoriamente con su función, la lámpara, debe reunir las siguientes condiciones: controlar y distribuir de modo eficiente la luz que se emite, es importante que la misma no encandile a los usuarios, sino que los ilumine de manera conforme.

Otras cuestiones fundamentales son: que dispongan de un mecanismo sencillo para la instalación y el posterior mantenimiento, y asimismo que esté fabricada a partir de materiales correctos, que sean capaces de resistir la temperatura y las condiciones del ambiente en que se instalará.

Por otra parte, la estética es otra cuestión no menos importante para la mayoría, aunque, si bien para quienes así lo deseen está bien que prioricen este tema, también, es preciso que la misma no perjudique ninguna de las condiciones mencionadas anteriormente.

La economía, asimismo, es otro hecho que se tiene muy en cuenta a la hora de elegir una luminaria, es decir, la posibilidad que la misma pueda emplearse con lo que se conoce como bombitas de bajo consumo, que son aquellas recomendadas por las empresas proveedoras de energía porque contribuyen al uso racional y adecuado de la energía eléctrica.

Pero no siempre hubo energía eléctrica en el planeta como hoy, entonces, en los primeros tiempos del mundo la luz se conseguía a partir de lámparas que consistían de recipientes que se llenaban de líquido oleoso que se prendía por la mecha y entonces el fuego generado daba luz por la noche o cuando se necesitaba.

Con el transcurrir del tiempo y los avances tecnológicos, estos elementos fueron mejorando y evolucionando. También las características y condiciones variaban mucho de una cultura a otra. Por ejemplo, en oriente era usual el uso de la lámpara de aceite que tenía forma de plato y un pie labrado.

En la actualidad nos podremos encontrar con los siguientes tipos de lámparas: de pie (se apoyan en el suelo y generalmente son altas), de techo (porque justamente cuelgan del techo, por ejemplo arañas), de mesa (se disponen en las mesas o escritorios

 

PARTES DE UNA LAMPARA

Partes de una lámpara

Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible. Para evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completa con unos elementos con funciones de soporte y conducción de la corriente eléctrica y un casquillo normalizado que sirve para conectar la lámpara a la luminaria.

• Filamento

Para que una lámpara incandescente emita luz visible, es necesario calentar el filamento hasta temperaturas muy elevadas. Esto se consigue pasando una corriente eléctrica a través de un material conductor por efecto Joule.

Como la temperatura depende de la resistencia eléctrica es necesario que esta última sea muy elevada. Para conseguirlo podemos actuar de dos formas. En primer lugar, que el filamento esté compuesto por un hilo muy largo y delgado; de esta manera los electrones tendrán más dificultad para pasar por el cable y aumentará la resistencia. Y la segunda posibilidad es emplear un material que tenga una resistividad eléctrica elevada.

También es muy importante que el filamento tenga un punto de fusión alto y una velocidad de evaporación lenta que evite un rápido desgaste por desintegración del hilo. De esta manera se pueden alcanzar temperaturas de funcionamiento más altas y, por tanto, mayores eficacias.

Para mejorar la eficacia luminosa de las lámparas se arrolla el filamento en forma de doble espiral. De esta manera se consigue que emitiendo la misma cantidad de luz, el filamento presente una menor superficie de intercambio de calor con el gas que rellena la ampolla, por lo que las pérdidas por este motivo se reducen al mínimo.

En la actualidad el material con el que se fabrica el filamento debe tener un punto de fusión muy elevado porque se necesita aumentar mucho la temperatura para que la proporción entre la energía luminosa y la energía térmica generadas por el filamento sea rentable. Las primeras bombillas utilizaban filamentos de carbono, pero en la actualidad se fabrican con hilos extremadamente finos de volframio o tungsteno, cuya temperatura de fusión es de 3.410 ºC y por sus elevadas prestaciones que se ajustan a los requisitos exigidos además de ser una materia prima asequible.

El hilo es tan fino que el desplazamiento de las cargas eléctricas por él lo hace alcanzar temperaturas por encima de los 2.500 ºC. A estas temperaturas, el volframio se oxida y se evapora en el aire. Para aminorar este problema el filamento está dentro de la ampolla de vidrio en una atmósfera al vacío o inerte.

Tungsteno o wolframio: Metal (W o Tu) nº74, de masa atómica 183, 85 y densidad 19,2, que funde a 3410ºC, tiene un color gris casi negro y se utiliza para fabricar los filamentos de las lámparas incandescentes.

Descubierto por Scheele en 1781, el wolframio resiste bien a la acción de los ácidos, aunque es atacado por el cloro. Su compuesto mas importante es el anhídrido volframico WO3 (polvo amarillo insoluble), al que corresponden varios ácidos y sales. Reduciendo con hidrógenos los volframios alcalinos, se obtienen los bronces de volframio, polvos de aspecto metálico de varios colores, que se usan en decoración.

• Ampolla

La ampolla es una cubierta de vidrio que da forma a la lámpara y protege el filamento del aire exterior evitando que se queme. Si no fuera así, el oxígeno del aire oxidaría el material del filamento destruyéndolo de forma inmediata.

Las ampollas pueden ser de vidrio transparente, de vidrio blanco translúcido o de colores proporcionando en este último caso una luz de color monocromática en lugar de la típica luz blanca.

Vidrio: Cuerpo sólido, mineral, no cristalino, generalmente frágil, que resulta de la solidificación de las rocas o bien, del enfriamiento brusco de las lavas al contacto con el aire o el agua.

La mayoría de los vidrios están constituidos por mezclas de óxidos, de los que la sílice o el anhídrido bórico son imprescindibles para su formación.

 

• Soporte del filamento: vástago e hilos conductores

El filamento está fijado a la lámpara por un conjunto de elementos que tienen misiones de sujeción y conducción de la electricidad.

Los hilos conductores transportan la electricidad desde el casquillo a los hilos de soporte a través del vástago. Para evitar el deterioro de las varillas de soporte es necesario un material, normalmente se usa el molibdeno, que aguante las altas temperaturas y no reaccione químicamente con el tungsteno del filamento.

El vástago es de vidrio con plomo, un material con excelentes propiedades de aislante eléctrico, que mantiene separada la corriente de los dos conductores que lo atraviesan. Además, y gracias a su interior hueco sirve para hacer el vacío en la ampolla y rellenarla de gas (cuando se requiera).

• Gas de relleno

Aunque antiguamente se hacía el vacío en el interior de la ampolla, en la actualidad se rellena con un gas inerte por las ventajas que presenta. Con el gas se consigue reducir la evaporación del filamento e incrementar la temperatura de trabajo de la lámpara y el flujo luminoso emitido. Los gases más utilizados son el nitrógeno en pequeñas proporciones que evita la formación de arcos y el argón que reduce la velocidad de evaporación del material que forma el filamento. Las proporciones empleadas varían según la aplicación de la lámpara y la tensión de trabajo. Aumentando la presión del gas se consigue, además, disminuir la evaporación del filamento y aumentar la eficacia luminosa y vida de la lámpara.

• Casquillo

El casquillo cumple dos importantes funciones en la lámpara. Por un lado, sirve para conectar el filamento a la corriente eléctrica proveniente del portalámparas. Y por el otro, permite la sujeción de la lámpara a la luminaria evitando su deterioro. En su fabricación se usan habitualmente el latón, el aluminio o el níquel.

Los casquillos empleados en alumbrado general son de dos tipos: Edison (E) y Bayoneta (B). Para su nomenclatura se utiliza la inicial de la clase seguida del diámetro en milímetros. Por ejemplo, E25 quiere decir que tenemos una lámpara con casquillo Edison de 25 mm de diámetro.

Latón: (El latón es dúctil y maleable). Se consigue aleando el cobre y el cinc, se hace en diferentes proporciones dependiendo del uso posterior.

Cobre: Elemento metálico de color rojo pardo, brillante, maleable y dúctil. Símbolo químico: Cu; Tiene numerosas aleaciones, las mas conocidas son el latón y el bronce.

La energía que manipula es la energía eléctrica, es un tipo de energía potencial y la produce el desplazamiento de los electrones a través de los metales.

Ésta tiene a su favor el gran desarrollo de su tecnología y su elevado rendimiento de conversión. Entre sus desventajas hay que mencionar la carestía del transporte (las centrales están lejos de los consumidores) y los efectos negativos sobre el entorno (erosión del suelo, alteración en el régimen de los ríos).

En una lámpara de incandescencia, como las convencionales o las halógenas, la emisión de luz se produce por el calentamiento del filamento por la acción de la corriente eléctrica. La lámpara de incandescencia emite muchos más rayos infrarrojos que luz: es, ante todo, un emisor térmico.

 

BIBLIOGRAFIA