CALIDAD EN EL PROCESO DE FAVRICACION DE VIDRIO (REPORTE DE VISITA A LA EMPRESA)

EMPRESA:_ VIDRIOCAR_

Inicio de proceso

Corte:
Una maquina parecida a un brazo toma el vidrio tal y como llega de proveedor y lo coloca en una maquina que es llamada VELTRONIC en esta máquina el vidrio es cortado con una piececita llamada navaja circular de corte de aproximadamente 3 cm. De largo.

Esmerilado:

Esta máquina cuenta con esmeriles que se encargan de quitar toda rebaba y filo que le haya quedado al vidrio en e l proceso de corte, este proceso se hace agregando agua al estar tallando lijando el vidrio con los esmeriles.

Lavadora norte:

En este proceso entra el vidrio entre rodillos donde es lavado y secado en un tiempo de 30 segundos (el agua que se utiliza en ese siclo es reutilizada).

Pintado del vidrio:

La misma banda que transporta el vidrio desde el inicio entra en un cuarte llamado ¨cuarto de pintura¨ en el cual se utilizan solo 3 colores (negro, gris y dorado o plata).
La pintura color dorado o plata se utiliza para descongelar el vidrio (en tiempo de frio cuando en los vidrios del automóvil se cubren con vapor).

La banda sigue adelante entrando en el horno.

Horno:
Este horno esta hecho de resistencias lo cual es uno de los más altos consumos de la empresa y tiene aproximadamente 50 m del largo, en el cual el vidrio es sometido a una temperatura de 49.4 °c.

Al salir el vidrio del horno entra a una prensa.

Prensa:

Ene esta parte el vidrio sale por la misma banda del horno en un estado viscoso y yaga a unos rodillos que tienen la forma curva de las ventanas al mismo tiempo que es prensado, quedando con la forma deseada (la figura que tienen las ventanas de los vehículos)

Quench (templado):

Después de que el vidrio tiene la forma deseada entra a la maquina quench (mide aprox. 8m) en la cual el vidrio es transportado por la misma banda de rodillos y expuesto a aire a presión (este aire es aplicado al vidrio por arriba y abajo).

Al salir de esta máquina el vidrio es enviado a operadores que con los marazet (máster del vidrio) miden los vidrios por todos los lados así como también su curvatura que debe de tener.

Hasta este proceso se elijen 5 piezas por hora para revisar la producción.

Enseguida se le aplica al vidrio las terminales que se utilizan para la descongelación y se le hacen pruebas de jalón para ver si las terminales quedaron bien aplicadas.

En el área de alerte de calidad:
En esta área revisan los vidrios especiales, los cuales podrían se nuevos madelos de producción o bien cuando ay demasiados errores aquí en este departamento alejen si paran toda la producción o solo revisan procesos.
Laboratorio de calidad:
Aquí se calibran todos los aparatos que se utilizan en el proceso de producción del vidrio
Aquí se encuentra un cuarto negro donde realizan pruebas de luz a los vidrios, se revisa la pintura que no esté porosa y que las líneas de la misma estén al 100% rectas, sin delinearse.

Pero lo imteresante se encuentra en el siguiente proceso

Pruebas de quebrado al vidrio
Cuando se produce vidrio para Estados Unidos.
Se le llaman pruebas ANCI la cual consiste en elevar un balín a 10 pies de altura y se deja caer sobre una muestra de vidrio de 12 x 12 cm. El vidrio no tiene que romperse, si se rompiera se regresaría toda la producción, si a los 10 pies de altura no se rompe el vidrio de elevara aun más el balín y se dejara caer esto se sigue esta que el vidrio se rompa. El balín se deba de dejar caer sobre la parte del vidrio que quedaría afuera en el automóvil, esto es para simular que cuando algún objeto del exterior deña al vidrio, la pieza más grande entre los trozos de vidrio no debe pesar más de 4.25 gr.
Posteriormente se vuelve a hacer la misma práctica pero ahora con una bolsa de 11 libras, en este caso la bolsa se dejaría caer sobre la parte del vidrio que quedaría por dentro del automóvil, esto sería para simular cuando el vidrio es golpeado por una persona o incluso con la cabeza en un choque.
Esta práctica se realiza cada año

Cuando se produce vidrio para Europa
Se le llaman pruebas ECE y son muy diferentes s la de los Estados Unidos.
Es esta prueba se utiliza una lámpara ultravioleta y una impresora ultravioleta la cual imprime una foto del vidrio quebrado,
Se ubica el punto donde fue el impacto y se debe dejar un circulo con diámetro de 7.5 cm. Dentro del cual no se tomaran ninguna muestra, pero en el otra área restante se no debe de quedar una pieza que mida más de 7.5 cm. Y en donde se encuentren los fragmentos más grandes se traza un cuadro de 5 x 5 cm. Y debe de haber más de 40 fragmentos y se vuelve a trazar el mismo cuadro en donde se encuentren los fragmentos más pequeños, en este caso debe de haber menos de 400 fragmentos.
Esta prueba se realiza cada 2 horas durante este en proceso de producción el vidrio.

Esta empresa esta rígida por las normas:

ISO TS 16949 Sistema de Calidad

ISO 14 Ambiental

Algunas notas importantes:
Cada proceso en cada máquina cuenta con su sistema de control ESPC (en sistema de cómputo)

Manuales en cada máquina para su mantenimiento entendible por el operador.

Uso de inventarios durante el proceso (torres que se llenan de vidrios y después el vidrio sigue su proceso)

Errores mas comunes:
Errores del horno.
Imperfecciones del Brillo y ondulación en el vidrio.
Que por dentro de vidrio no tenga picadas o pintura dañada.

Esta empresa es uno de los principales proveedores para la FORD

La gota de Rupert.

EL ÉXITO EN LA MANUFACTURA DEL VIDRIO

El éxito en la manufactura del vidrio radica en controlar la temperatura del proceso, para regular las fuerzas internas que lo hacen quebradizo. Estas fuerzas internas también se aprovechan para producir vidrio de extrema dureza y resistencia si se emplea la técnica del templado.
Templar un vidrio es someterlo a un calentamiento controlado y después enfriarlo rápidamente. La superficie queda en un estado permanente de compresión, de modo que las fuerzas que se apliquen al objeto tendrán que vencer primero las tensiones de comprensión.
El efecto del templado se puede demostrar con las conocidas gotas de Prince Rupert, como se ve en la figura 26.
En este experimento se dejan caer unas gotas de vidrio fundido en agua fría. Aquellas gotas que sobreviven son muy resistentes, tanto, que puedes golpearlas con un martillo y no se rompen, pero si después de golpear una de ellas la presionas ligeramente con los dedos, la gota entera explota en fragmentos diminutos. De alguna manera la presión de los dedos actúa como una imperfección que se propaga a través de la pieza entera en respuesta del impresionante esfuerzo interno.



Figura 26. Figura 26. La gota de Rupert. .

EL POLARIZADO EN EL VIDRIO BRINDA LAS SIGUIENTES VENTAJAS:

Control de temperatura ambiente:
Un paño de vidrio polarizado refracta los rayos solares infrarrojos, reduciendo la temperatura ambiente, generando importantes ahorros en los sistemas de aire acondicionado, (estudios realizados por organismo internacionales demostraron que estas láminas ahorran entre 30 y 40 %)Asimismo, en días fríos, el polarizado refleja los rayos infrarrojos interiores de la oficina o habitación, reduciendo la pérdida de temperatura hacia el exterior con el consiguiente ahorro en calefacción.

Seguridad de personas y bienes:

1. Aumenta la resistencia del vidrio.
2. Evita que al romperse el vidrio, sus fragmentos se proyecten en todas direcciones.
3. Dificulta el ingreso de intrusos.
4. Demora la propagación de incendios.
5. Evita exponer el interior del edificio a miradas indiscretas.

Estas características son de gran utilidad en industrias, oficinas, colegios, jardines infantiles y zona vidriadas expuestas a intenso tráfico de personas.

De Seguridad:
También llamadas antiexplosivas, son láminas de mayor espesor y resistencia, por estas características técnicas son calificadas como elemento de seguridad por entidades internacionales especializadas en el tema.
Las laminas de seguridad incolora, una vez aplicadas sobre el vidrios pasan desapercibidas, disponemos también en colores.

El polarizado como elemento de seguridad:
La aplicación de láminas de poliéster metalizado actúa como elemento de seguridad en varias formas:
Aumenta considerablemente la resistencia del vidrio reduciendo su frecuencia de vibración ante un impacto.
Evita que al romperse, sus fragmentos y astillas se transformen en proyectiles, pues permanecen fuertemente adheridos a la lámina que los contiene.
En caso de rotura intencional con objeto de robo, dificulta el ingreso de intrusos, pues si bien estos rompen el vidrio, encuentran serias dificultades para penetrar la barrera de vidrios rotos que, adheridos a la lámina continúan cerrando la abertura.
Demora la propagación de incendios; pues por su alta resistencia al fuego retarda la entrada de oxígeno, aún cuando los vidrios estallen, impidiendo que se aviven las llamas.
Brinda privacidad impidiendo la visión diurna desde el exterior, permitiendo así mantener las persianas y cortinas abiertas y mirar hacia el exterior sin ser visto desde afuera (en el caso de las láminas espejadas).

Ensayos realizados y resultados obtenidos

Todas las propiedades que han sido descritas, fueron exhaustivamente estudiadas en laboratorios y organismos de seguridad de distintos países.A continuación, con espíritu ilustrativo, resumimos algunos de los mismos:

• Experimento realizado por el Instituto Militar de Investigaciones y Control de Chile el 19/11/92 (Chile).

a) Este test consistió en detonar un cartucho de dinamita de 7/8 amón gelatina 60% a 1 metro de distancia de un vidrio de 90cm. x 52cm. y 6mm. De espesor cubierto en una cara con lámina de poliéster (esta prueba se realizó con laminas SUN-GARD)
b) El segundo test consistió en detonar 2 cartuchos del mismo explosivo a igual distancia de un vidrio de 116cm. x 48cm. y 6mm de espesor.
Los resultados de ambas pruebas permitieron concluir que de producirse una explosión de las características descritas, el film de poliéster impide el desprendimiento y la proyección de los fragmentos de vidrio.

• Experimento realizado por el Singapore Institute of Standards and Industrial Research el 27/05/91 (Malasia).

La prueba buscaba conocer el comportamiento de vidrios de 6mm. de espesor y 1210 x 695mm. de superficie, recubierto en una cara por lámina de seguridad, los cuales fueron sometidos con resultado satisfactorio en 4 pruebas a impactos de un peso de 45 Kg. dejándolo caer desde diferentes alturas según lo especificado en la norma BS (British Standards), que determina los requisitos exigidos para que un vidrio plano de uso en edificios sea considerado de seguridad, obteniéndose resultados satisfactorios.

• Experimento realizado por el FIRA (Furniture Industry Research Association) el 19/03/93 (Inglaterra).

En este caso se efectuaron 8 pruebas de vidrio de 4mm recubierto en una cara con film, el cual fue sometido al mismo test del punto 2, cumpliendo satisfactoriamente la prueba.
Experimento realizado por la British Standards Institution el 21/11/83 (Inglaterra) .
En este caso se efectuaron 16 pruebas similares a las dos anteriores sobre vidrios de 6mm. de espesor y 193cm. x 86,5cm recubiertos en una cara con film de poliéster. La evaluación fue aprobada exitosamente.
La comprobación de las cuatro pruebas anteriores muestra que en caso de rotura del vidrio ante impactos de diferente magnitud, la lámina de poliéster mantiene firmemente adheridos los fragmentos de vidrio en su lugar, cumpliendo los requisitos fijados por la BS 6206/1981 para ser considerado material de seguridad.

• 
  Experimentorealizado por Patzing Testing Laboratories Co. Inc. el 07/08/92 (Estados Unidos).

En este caso se efectuaron 12 pruebas sobre vidrios de 1/4 y 1/ 8 pulgadas y 193 x 86,5cm., recubiertos en una cara con film polarizado, los cuales fueron sometidos a las pruebas de impacto especificadas en la norma ANSI - Z 97.1 - 1984 (American National Standards Institute) que fija las normas para vidrios de seguridad usados en edificios y el Code of Federal Regulations, Title 16 CPSC 1201/11, que establece los estandares de seguridad de materiales de vidrio para arquitectura.En todos los casos los laminados cumplieron con los requisitos fijados por ambas normas

• Experimento realizado por ETL Testing Laboratories Ine. el 21/01/92 (Estados Unidos).

Esta prueba consistió en verificar la resistencia de la película a la combustión por aplicación de calor y llama directa, según lo prescripto en la norma ASTM - E 84 - 89 que determina el método estándar para evaluar las características de combustión de los materiales de construcción.
Losresultados de la prueba determinaron que estos laminados se aproximan a las condiciones determinadas como incombustible en los parámetros del test, siendo su temperatura de ignición de 518º / 538º C. (963º / 1000º F).

• Experimento realizado por Warrington Research Center el 14/01/86 (Inglaterra) .

El propósito de la prueba fue determinar la resistencia del film a la acción directa de la llama, de acuerdo con el test previsto en British Standards 476: Part 7: 1971.La conclusión de la prueba es que el material califica como clase 1, o sea los de más baja combustibilidad previstos en la escala de dicha norma.

Estas dos últimas pruebas permiten concluir que las láminas mencionadas actúan como medida de seguridad en caso de incendio retardando la evolución del fuego al dificultar el ingreso de oxígeno.

PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD PARA LA MANOFACTURA DE VIDRIO

DIEGRAMA DE FLUJO DE LA MANUFACTURA DEL VIDRIO:


en seguida se explica cada procedimiento paso a paso:

El vidrio se forma con diferentes tipos de sales. El componente más importante es el dióxido de silicio en forma de arena. Para fabricar el vidrio común se añaden carbonato sódico y piedra caliza (carbonato de calcio). El tono verdoso del vidrio antiguo se debe a las impurezas de hierro de la arena. Los vidrios modernos incorporan otros ingredientes para mejorar el color y algunas de sus propiedades, por ejemplo, la resistencia al calor.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DEL VIDRIO
Las materias primas elegidas de acuerdo a:

· Pureza
· Disponibilidad en el mercado
· Facilidad de fusión
· Precio

CONDICIONES QUE SE EXIGEN A LAS MATERIAS PRIMAS
Condiciones para su utilización
· Cumplimiento de especificaciones y/o normas
· Seguridad de la provisión / entrega
· Consistencias en el tiempo de especificaciones
· Baja variabilidad entre partidas

REQUERIMIENTO DE CALIDAD
Los requerimientos de calidad de las materias primas para la industria del vidrio están definidos por:
· Composición química
· Granulometría
· Impurezas minerales asociadas
· Humedad

CARACTERISTICAS DE LAS MATERIAS PRIMAS
1. Composición química
Constante
Impureza
Óxidos colorantes
Minerales pesados
Materia orgánica
Fluoruros/cloruros
2. Tamaño de grano
Semejante a otras MP
Problemas de voltaje
Mínima fracción gruesa


CARACTERIZACION DE MATERIAS PRIMAS
1. Análisis químico / composición química
2. Análisis mineralógico
3. Análisis granulométrico
4. Ensayos de aptitud. Fusión experimental

COMPORTAMIENTO DURANTE LA FUSION
Una fusión razonablemente rápida está determinada por:
1. Temperatura de disociación y el porcentaje de disolución de los componentes en el vidrio fundido.
2. Tamaño de grano: 0,05 – 0,5 mm
3. Forma y superficie de los granos

ASELERADORES DE LA FUSION
· Compuestos que producen fase liquida a bajas temperaturas
· Formación de fases eutécticas de baja viscosidad
· Agentes de superficie activa para mejorar el contacto entre los granos de arena y la fase liquida
AGENTES
· Fluorita CaF2
· Carbonato de litio CO3Li2
· Espodumeno SiO2-Li2O-Al2O3
· Sulfato de sodio SO4Na2
· Escoria SiO2-Al2O3-CaO-S-2
· Casco de vidrio vidrio soda-cal

SILICE
Cuarzo SiO2 principal formador de vidrio
Constituye la materia prima mayoritaria (60 – 75% en peso) de los vidrios comerciales. (Vidrio plano, vidrio hueco y fibras de vidrio)
Fuentes de sílice:
Arenas de cuarzo o arenas silíceas
Cuarzo pegmatitico / filones
Areniscas / cuarcitas

FEDELFATO
· Aporta SiO2 + Al2O3
· Aporta K2O (potásico)
· Aporta Na2O (sódico)
Fuentes:
· Arenas feldespáticas
· Cuerpos pegmatiticos

EL CASO DE LSO VIDRIOS DE SEGURIDAD
Certificación del ámbito regulado (Resol 91/2001)
Norma: IRAM-AITA 1H3 vidrios de seguridad p/automóviles
Organismos de calificación reconocidos: IRAMA-AITA
Sistema de certificación utilizado: ISO 5
Ensayo de tipo + auditoria del sistema QC + ensayos de muestras de fabrica y/o del mercado

Existen una gran variedad de vidrios y una gran diversidad de procedimientos industriales o artesanales. Según los usos a los que están destinados, se pueden distinguir seis tipos de productos de la industria vidriera: el cristal de vidrio ordinario; el cristal para ventanas, puertas, mobiliario, espejería e industria del automóvil; los “vidrios huecos” para la botillería y la cubiletearía; los “vidrios técnicos”, para la óptica, las ampollas, los tubos del televisor, etc.; la fibra de vidrio, utilizada como textil, o utilizada en la forma de paneles que sirven para el aislamiento térmico; y el vidrio trabajado a mano. Todos estos vidrios difieren sensiblemente por su composición, y sobre todo por las técnicas utilizadas para su fabricación.

El vidrio es el más universal de los envases, al no contar con contraindicación de uso alguna. Está presente en la práctica totalidad de los sectores y en algunos de ellos en exclusiva, aunque es la industria agroalimentaria a la que más estrechamente ligado se encuentra. Dentro de esta industria, lidera de forma absoluta algunos segmentos como vino, cavas o cervezas, conviviendo con el resto de materiales en otros como refrescos, aguas, zumos o conservas.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL VIDRIO

El proceso de fabricación de los envases de vidrio comienza cuando las materias primas (arena, sosa, caliza, componentes secundarios y, cada vez en mayor medida, casco de vidrio procedente de los envases de vidrio reciclados) se funden a 1500ºC. El vidrio obtenido, aún en estado fluido y a una temperatura de unos 900ºC, es distribuido a los moldes donde obtienen su forma definitiva.

Posteriormente, se traslada a un arca de recocido en la que, mediante un tratamiento térmico, se eliminan tensiones internas y el envase de vidrio adquiere su grado definitivo de resistencia.

A continuación, se realizan unos exhaustivos controles de calidad, donde se comprueban cada unidad electrónicamente. Tras estos controles, los envases son embalados automáticamente en pallets retractilados, hasta su distribución.

PRODUCCION DE VIDRIO
Características del producto

Según definición ASTM (American Standard Testing Materials), el vidrio es un producto inorgánico de fusión, enfriado hasta llegar a la condición de rigidez sin cristalización. El vidrio carece de punto de fusión determinado, al contrario de lo que ocurre con la mayor parte de los cuerpos. Desde su estado líquida elevada temperatura se vuelve cada vez más pastoso a medida que se enfría y el estado sólido lo adquiere entre límites de temperatura de varios cientos de grados.

La viscosidad del vidrio fundido permite elaborar objetos soplados, pero también causa dificultades en la fabricación, al oponerse al desprendimiento de las burbujas gaseosas retenidas en la masa fundida. Se necesitan temperaturas próximas a 1400ºC para lograr una buena fluidificación.

El proceso para la elaboración del vidrio se puede dividir en las siguientes etapas:

Recepción de Materias Primas:

En esta etapa se garantiza un control operativo y técnico en las materias primas para verificar su calidad físico - química se debe cumplir con el requisito de la granulometría, es decir, el tamaño de los granos de cada material, el cual, debe estar entre ½ y ¾ de milímetro. Para el feldespato y la arena se debe cumplir unos requisitos, tales como tener una composición química estable y determinada. La arena no debe contener arcillas y su contenido de óxidos de hierro debe ser lo mas bajo posible.

PREPARACIÓN DE LAS MEZCLAS:

La preparación de la mezcla se puede dividir en cuatro partes: Almacenamiento, Pesaje, Mezclado, Transporte.

FUSION DE LA MEZCLA Y REFINACION DEL VIDRIO:

El horno es el sitio donde se lleva a cabo la fusión de las materias primas. Consiste en un recipiente rectangular construido con materiales refractarios resistentes al desgaste producido por el vidrio líquido y las llamas. Se utiliza como combustible el Crudo de Castilla para producir el calor, hay una entrada de aire de 1000ºC, con el fin de enfriar el vidrio que se encuentra dentro del horno. Los gases producidos por el horno son expulsados por lo regeneradores (1300ºC). El primer proceso que se identifica claramente en el horno es el de fusión; aquí todas las materias primas no son propiamente fundidas, sino que al suministrarles calor primero se descomponen y después reaccionan; así pues los componentes que poseen menor punto de fusión se vuelven líquidos más rápido que los que tienen mayor punto de fusión (para la sílice es mayor de 1600ºC, y para el casco entre 1050 y 1100ºC); a medida que va aumentando la temperatura estos últimos también se funden y desaparecen como materiales cristalinos. A continuación se realiza el proceso de refinación, en el cual se eliminan las “semillas” (gran número de pequeñas burbujas que se originan a partir de las reacciones de las materias primas); este proceso empieza casi simultáneamente con el proceso de fusión y continúa hasta que la mezcla de materias primas esté completamente líquida. Luego el vidrio fundido pasa a un segundo tanque, llamado tanque de refinación, donde se intenta igualar la temperatura del vidrio en toda su extensión, para posteriormente repartirlo a las máquinas formadoras por medio de los canales.


Para obtener una temperatura uniforme en el vidrio se deben tener en cuenta las pérdidas de calor existentes a través del techo, las paredes y el piso del canal, así como el calor suministrado por los quemadores. Igualmente para acondicionar el vidrio, es necesario tener en cuenta el color del vidrio, la cantidad de vidrio que extrae cada máquina, la forma de la botella, la cantidad de aire disponible para enfriar el equipo de moldura de la máquina y la velocidad de fabricación de la máquina.

A continuación les contaremos los proceso paso a paso:
PROCESO AUTOMATICO

1) PREPARACION DE LA CARGA DE PRODUCCION

La materia prima de la carga es mezclada en forma mecánica o a mano y cargada en grandes carros. Como dijimos, los principales ingredientes son sílice, carbonato de sodio y carbonato de calcio, representan cerca del 85% de la carga de producción de vidrio. Dentro de los ingredientes minoritarios se encuentran los óxidos metálicos que dan color al vidrio.Una vez completo, el carro es montado en una gran mezcladora y rotado para mezclar homogeneamente los ingredientes.

2) DENTRO DEL HORNO

La materia prima del Carro es introducida al horno por el Cargador cayendo sobre una base de vidrio que ya se encuentra derretido.

La carga que entra al horno desplaza al vidrio ya derretido forzándolo hacia abajo por un Canal hacia los Rodillos que forman las planchas. El vidrio en el Horno Principal llega a temperaturas de hasta 2700 °F.

La carga que entra al horno desplaza al vidrio ya derretido forzándolo hacia abajo por un Canal hacia los Rodillos que forman las planchas. El vidrio en el Horno Principal llega a temperaturas de hasta 2700 °F. Los dos (o más) vidrios son mezclados a mano en la Bacha de Mezclado justo antes de llegar a los Rodillos. El operador del horno usa una vara especial para mezclar los vidrios.

Esta técnica de mezclado genera las vetas en los vidrios multicolores.

4) FORMANDO LAS PLANCHAS

Luego de la Bacha de mezclado, el vidrio pasa entre los dos Rodillos que forman las planchas creando una plancha de vidrio continua.

De ahí el vidrio se desplaza lentamente hasta el Archa de Recocido, un túnel de hornos que enfrían gradualmente el vidrio, eliminando el stress térmico.

5) CORTANDO EL VIDRIO

El vidrio deja el Archa de Recocido y se dirige hacia el sector frío de la planta. Las planchas de vidrio son cortadas a mano para examinarlo visualmente por personal especialmente capacitado y verificar si se cortan correctamente.A los largo de esta etapa el vidrio es pasado por rigurosas pruebas para asegurar la calidad del mismo y el correcto comportamiento frente a los cortes.

6) ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD

El departamento de control de calidad observa todas las características del vidrio a lo largo de la producción y va tomando muestras.
Al día siguiente, con el vidrio ya a temperatura ambiente, estas muestras son utilizadas para analizar todos los standares de calidad de cada producto en particular.

SELECCIÓN DE MATERIALES MAGNETICOS Y ELECTRONICOS

Materiales de estado solidó se clasifican naturalmente en: conductor, aislantes o semiconductor. La selección de conductores se determina con frecuencia por su formabilidad y costo tanto como por sus valores de conductividad específicos. La selección de un aislante también puede estar denominada por estos mismos factores. Un substrato de cerámica puede estar limitado por su habilidad para adherirse a un conductor metálico, o un aislante polimérico para un alambre conductor puede ser escogido por su bajo costo. En algunos casos, nuevos conceptos de diseño de ingeniería pueden hacer posible la selección de materiales radicalmente nuevos

Las aleaciones de hierro-silicio reemplazaron en gran parte a los aceros simples al carbono como materiales magnéticos blandos debido a los reducidos efectos de calentamiento de joule. Se desarrollaron barias aleaciones con grandes lazos de histéresis como materiales magnéticos duros. La alta resistividad de las cerámicas hace que materiales tales como las ferritas sean las opciones apropiadas para las aplicaciones de alta frecuencia. Los recientes desarrollos en el campo de los materiales magnéticos superconductores prometen proporcionar importantes opciones nuevas para aplicaciones en diseño de ingeniería.
Proceso de selección de materiales magnéticos y electrónicos, viendo algunos casos representativos.

a) SUSTITUCION DE CABLE DE COBRE POR FIBRA DE VIDRIO

Una gran revolución ha ocurrido en este campo con la transición de los cables metálicos a las fibras de vidrio ópticas. Hacia mediados de los años 80, ya se habían desarrollado las fibras de silicio con pérdidas tan bajas como 0.2 dB/km a 1.6um (en el espectro infrarrojo). Como resultado, las conversaciones telefónicas y cualquier otra forma de “datos” digitales pudieron ser transmitidas como pulsos de luz láser en lugar de las señales eléctricas empleadas en los cables de cobre. La reducción de tamaño y costos, combinada en la enorme capacidad para la transmisión de datos. Han llevado a un rápido crecimiento en la construcción de sistemas de comunicaciones ópticas.

REMPLASO DE UN POLIMERO TERMOENDURECIDO CON UNO TERMOPLASTICO

En una escala aun más sutil, en algunos casos del diseñador deben considerar la competencia dentro de una determinada categoría de materiales. Aunque el surgimiento de los polímeros de ingeniería a sido descrito principalmente como un desafió para los metales estructurales tradicionales, uno de los dieléctricos “tradicionales” predominantes es el grupo de los fenoles termoenduracidos, como el fenol-formaldehído (ver tabla 9.4-1). Desde la introducción de estos fenoles en 1905, se han convertido en el material de rutina para cajas, bloques de terminales, conectores y los miles de partes dieléctricas requeridas por la industria electrónica. Recientemente se han desarrollado ciertos termoplásticos con propiedades lo suficiente competitivas para darle al diseñador una opción. En la figura 15.4-2 se ilustra una aplicación del tereftalato de polietileno (PET), un termoplástico de poliéster . Esta bobina tradicionalmente se había fabricado con un fenol termoenduresido. El termoplástico de poliéster proporciona propiedades comparables a las de termoenduresido (resistencia al arqueo por alto voltaje y a la ignición por calentamiento del alambre, capacidad para aguantar el calentamiento por soldadura y resistencia para aguantar el enrollamiento del alambre del devanado). En este caso la preferencia por el termoplástico es principalmente económica. Aunque el fenol tiene un precio unitario inferior al del poliéster, este permite ahorros substanciales en los costos de fabricación debido a la mayoría flexibilidad del procesamiento de los termoplásticos

USO DE UN METAL AMORFO PARA EL NUCLEO DE UN TRANSFOTMADOR

La sección anterior se concentro en la selección de un material para el apoyo dieléctrico sobre el cual un alambre de metal pudiese ser enrollado para producir un transformador. El desarrollo de los metales amorfos en las décadas resientes ha proporcionado una atractiva opción para el material del núcleo de los transformadores. Una clave de la competitividad de los metales amorfos es la ausencia de las fronteras de grano que permite un movimiento más fácil de las paredes de los dominios. La alta resistividad (la cual amortigua las corrientes parasitas) y la ausencia de la anisotropía de los cristales también contribuyen a la movilidad de las paredes de los dominios. Los “vidrios” ferrosos se cuentan entre los materiales ferromagnéticos de mas fácil magnetización. Conforme se reduzcan los costos de manufactura de los listones y alambres amorfos, la conservación de energía debido a las bajas perdidas en el núcleo deberá llevar aplicaciones aun más amplias. Como ejemplo, un transformador comercial de 100-Kw. ha sido desarrollado en Japón usando un núcleo de metal amorfo. El transformador es utilizado en el sistema de fuente de potencia de una maquina de soldar de alta velocidad.

SELECCION DE MATERIALES ESTRUCTURALES

Este proceso empieza escogiendo una categoría de material estructural (metal, cerámica, polímetro o compuestos).
Una vez que la categoría de los metales fue escogida, fue necesario escoger la aleación óptica para la aplicación dada.
Con el amplio rango de materiales comerciales y propiedades (parámetros), tenemos ahora una idea mas clara de nuestro rango de selección.
En general, se busca un balance óptimo entre resistencia y ductilidad para una aplicación dada.
Cuando la ductilidad no es esencial las cerámicas frágiles tradicionales pueden ser remplazadas por sus otros atributos tales como su resistencia a temperatura alta o su durabilidad química. Muchos vidrios y polímeros son seleccionados por sus propiedades ópticas, tales como la transparencia y el color. Estas consideraciones tradicionales están siendo modificadas por el desarrollo de nuevos materiales, tales como cerámicas de alta tenacidad a la fractura.
Ninguna selección de materiales esta compuesta hasta que los factores de degradación del ambiente se han tomado en cuenta. Las reacciones químicas, la corrosión electroquímica, el daño por radiación y el desgaste pueden eliminar un metal que de otra forma seria atractivo.

a) SUSTITUCION DE UN METAL CON UN POLIMERO

La tendencia cada vez mayor del reemplazo de partes de metal por polímeros de ingeniería ha sido muy importante. Un ejemplo se muestra en el piñón motriz (de una motocicleta de carreras) hecho de nylon reforzado por dispersión. Su mejor desempeño esta relacionado con una combinación de alta tenacidad y resistencia al impacto.

Otras características atractivas incluyen una mayor resistencia a la corrosión y al ataque de la mayoría de los solventes y lubricantes así como resistencias al desgaste. Un piñón motriz de nylon de 0.34 Kg. remplaza a una de aleación de aluminio de 0.45 Kg. o a uno de acero de 0.90 kg. El costo del producto de nylon es comparable al de aluminio pero aproximadamente solo una tercera parte del de acero.


La selección de materiales puede ser más que una consideración objetiva de los parámetros de diseño. El subjetivo del atractivo para el consumidor puede ser igualmente importante. En 1939 se introdujeron las medias de nylon 66, habiéndose vendido 64 millones de pares solamente durante el primer año.

b) SUSTITUCION DE METALES CON COMPUESTOS

Un ejemplo importante del impulso para remplazar metales con compuestos de menor densidad lo encontramos en la industria aerodinámica comercial. A principios de los años 70, los fabricantes habían desarrollado partes de fibra de vidrio para mejorar la dinámica y redecir costos. A mediados de los 70, la “crisis del petróleo” dio lugar a un rápido aumento de los costos de los combustibles, del 18% de los costos de operación directos hasta uno 60% en el lapso de unos pocos años. (Un kilogramo de “peso muerto” en un avión a reacción comercial puede consumir 830 litros de combustible al año.) Una respuesta temprana a la necesidad de sustituir materiales para ahorrar combustible fue el uso de más de 1100 Kg. de compuestos reforzados con kevlar en el avión de largo alcance (Lockheed L-1011-500.) el resultado de ahorro neto de 366 Kg. de peso en la estructura secundaria exterior.