Introducción al programa CES Edupack en 10 ejercicios

Transcripción

1 Introducción al programa CES Edupack en 10 ejercicios

2 Qué contiene? Bases de datos de: Elementos Materiales Procesos Notas sobre ciencia e ingeniería Herramientas para crear gráficas interactivas Herramienta para realizar Eco auditorías

3 Nivel 1 Dirigido a: estudiantes de nivel básico Propósito: Presentar el mundo de los materiales y los procesos y estimular la exploración de sus propiedades y el origen de las mismas. Contenido y herramientas: 69 materiales y 77 procesos, con conjuntos de datos limitados.

4 Nivel 2 Dirigido a: estudiantes de nivel intermedio Propósito: Ayudar a desarrollar la compresión de la función de los materiales y los procesos en el diseño, así como proporcionar una metodología estructurada para seleccionarlos. Facilitar investigaciones de mayor profundidad. Contenido y herramientas: 100 materiales y 109 procesos con información aumentada sobre la durabilidad y las propiedades ecológicas.

5 Nivel 3 Dirigido a: estudiantes avanzados y graduados Propósito: Enseñanza avanzada, proyectos de diseño y de investigación. Contenido y herramientas: 3900 materiales y 230 procesos. Solo en inglés.

6 Al inicio

7 Seleccionar: Nivel 1 Universo materiales Edu Nivel 1 Ejercicio 1. Explorar Materiales. 1a) Encontrar la ficha del acero inox. 1b) Encontrar la ficha del concreto. 1c) Encontrar la ficha del polipropileno (PP). 1d) Explorar la ficha del PP en el Nivel 2. 1e) Encontrar procesos para fabricar objetos con PP. Michael F. Ashby

8 Ejercicio 2. Explorar Procesos. Seleccionar: Nivel 2 Universo Procesos Edu Nivel 2: Todos los procesos 2a) Encontrar la ficha de moldeo por inyección. 2b) Encontrar la ficha del endurecimiento superficial por laser. 2c) Encontrar la ficha de la soldadura por fricción. 2d) Encontrar los materiales que puede ser colados en molde.

9 Ejercicio 3. Búsqueda de materiales y procesos. Seleccionar: Search 3a) Encontrar la ficha del ácido poliláctico (PLA). 3b) Encontrar materiales para fabricar herramientas de corte. 3c) Encontrar información sobre el proceso RTM.

10 Ejercicio 4. Elaborar graficas de propiedades. Seleccionar: Select Nivel 2 Universo Materiales Graph 4a) Hacer una gráfica de barras del módulo de Young (E y; vacío x). Ubicar algunos materiales. 4b) Borrar esta etapa (seleccionar etapa, botón derecho, delete). 4c) Hacer una gráfica de globos de E vs. densidad (ρ) (E y; ρ x). 4b) Borrar esta etapa.

11 Ejercicio 5. Selección mediante la etapa límite. Seleccionar: Select Nivel 2 Universo Materiales Edu Nivel 2 Limit 5a) Encontrar materiales con las siguientes propiedades y comportamientos: Máx. temperatura de servicio >1000 C. Conductividad térmica >25 Wm 1 C 1. Buen conductor térmico. 5b) Borrar esta etapa.

12 Seleccionar: Select Nivel 2 Universo Materiales Graph Ejercicio 6. Selección mediante la etapa gráfica. 6a) Hacer una gráfica de limite de fluencia (σ y y, vacío x) 6b) Usar la caja de selección para encontrar los materiales con los valores de σ y más altos. 6c) Añadir ρ en el eje x (2 posibilidades: seleccionar etapa, botón derecho editar etapa, añadir eje ó doble click en eje x). 6d) Usar la caja de selección para encontrar los materiales con alta σ y ybaja ρ. 6e) Reemplazar la caja con la línea de selección para encontrar materiales con valores altos de resistencia específica (σ y / ρ). 6f) Borrar esta etapa.

13 Ejercicio 7. Selección mediante árboles. Seleccionar: Select Nivel 2 Universo Procesos Edu Nivel 2 Conformado Tree 6a) Encontrar materiales que pueden moldearse. (Seleccionar conformado, insert, ok, show). 6b) Borrar esta etapa. 6c) Encontrar procesos para unir aceros. (Seleccionar Nivel 2, procesos de unión, tree, universo materiales, metales y aleaciones, ferrosas, insert, ok). 6d) Borrar esta etapa.

14 Ejercicio 8. Selección mediante las 3 etapas. Seleccionar: Select Nivel 2 Universo Materiales Nivel 2 Encontrar materiales que reúnan las siguientes propiedades y comportamientos: 6a) ρ<2000 kg m 3 ; σ y > 60 MPa; <10 W m 1 C 1 (Etapa límite). 6b) que puedan ser moldeados (Etapa árbol, universo procesos, conformado, moldeo, moldeo termoplástico). 6c) Que sean baratos (etapa gráfica), (Precio y) 6d) Ubicar los materiales que pasaron las 3 etapas en el recuadro resultados. 6e) Borrar de la gráfica los materiales que no pasaron alguna de las etapas (hide failed records). 6f) Etiquetar los materiales más baratos. 6g) Borrar esta etapa.

15 Ejercicio 9 Un ejemplo de selección de materiales con CES Edupack 2014 J. Ramírez

16 La constante del resorte P = kδl Ley de Hooke

17 Un cilindro funciona como un resorte P L 0 A 0 2 = π r = π D 4 2 entre ciertos límites P

18 Nuevas variables P A 0 = σ Esfuerzo ingenieril o convencional ΔL = L 0 e Deformación ingenieril o convencional F = kδl σ = Ee

19 El problema Se requiere sostener un objeto que pesa 5,000 kg mediante una varilla cilíndrica de 2.5 cm de diámetro y 1.0 m de longitud, sujeta a una estructura. El estiramiento elástico de la varilla debe ser mínimo. De qué material debería fabricarse si no se quiere gastar mucho dinero? 5,000 kg

20 Un breve paréntesis El desempeño (D) de un material depende de: Exigencias funcionales (F, temperatura, fuerzas aplicadas, etc.) Exigencias geométricas (G, dimensiones, superficies, etc.) Propiedades de los materiales (M, densidad, precio, resistividad eléctrica, módulo de elasticidad) D = f ( F, G, M ) D = f ( F) f ( G) f ( M ) 1 2 3

21 De vuelta la problema σ = Ee P A = E ΔL 0 L 0 ΔL f 2 ( G) = L A 0 0 P E f 1 ( F f 3( M ) ) Qué se requiere? ΔL mínima, es decir E máxima

22 En CES Edupack: Construir una gráfica de materiales (cerámicos, híbridos y naturales, metálicos y polímeros, como árboles) contra Módulo de elasticidad.

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25 Observando se concluye que Los materiales cerámicos y metálicos tienen alto módulo de elasticidad. Los híbridos y los polímeros, no. Material L 0 (cm) D 0 (cm) A 0 (cm 2 ) F (kg) F (kn) E (GPa) ΔL (cm) Carburo de Tungsteno Carburo de Silicio Aleaciones de Tungsteno Acero de baja aleación Acero de bajo carbono Aleaciones de níquel Hierro gris CFRP PET Neopreno 7.00E

26 En CES Edupack: Establecer el límite de E mínima = 190 GPa para los todos los materiales. Esto lo cumplen 11 de los 69 materiales que hay en la base de datos.

27 También se requiere bajo costo El costo del material por unidad es función de la densidad y de su precio. Hacer una gráfica de densidad contra costo del material por unidad.

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29 Observando la gráfica Un cilindro fabricado con aleación de tungsteno es lo más caro. Un cilindro fabricado con acero de bajo carbono es lo más barato. Material V (m 3 ) ρ (kg m 3 ) m (kg) Precio ($/kg) Costo ($) Carburo de Tungsteno 1.53E Carburo de Silicio 3.10E Aleaciones de Tungsteno 4.91E E Acero de baja aleación 7.80E Acero de bajo carbono 7.80E Aleaciones de níquel 8.83E

30 Respuesta Con acero de bajo carbono.

31 Ejercicio 10 Un ejemplo de eco auditoría con CES Edupack 2014 Michael F. Ashby. Materials and environment: eco informed material choice, Butterworth Heinemann, Oxford, 2013.

32 Considera lo siguiente: 100 botellas (de 40 g de peso c/u, fabricadas con PET virgen, por moldeo, con tapas de polipropileno moldeado, de 1g de peso) serán llenadas con agua en Francia y llevadas al Reino Unido, a 550 km, en un camión de 14 ton. Al final de su vida útil (1 año) las botellas serán recicladas. Las botellas se refrigeran por 2 días antes de su venta.

33 Seleccionar Eco audit Completar la información. Generar el reporte. Contrastar según el caso.

34 a) Cuál es la contribución del material a la huella de carbono de su ciclo de vida?

35 b) Si en lugar de reciclarse éstos se quemaran, cuánto CO 2 se liberaría a la atmósfera?

36 c) Si las botellas llenas de agua se transportaran en un vuelo corto en lugar de por tierra, cuánto más carbono se liberaría a la atmósfera?

37 d) Si se cambia el material de las botellas de PET por vidrio (con un peso de 430 g por botella), cuál es la contribución del material a la huella de carbono?