Alexis Jeria Tarea S4

 

 

INSTITUTO IACC RESISTENCIA DE LOS MATERIALES TAREA SEMANA 4 PROPIEDADES TERMICAS DE LOS MATERIALES  ALEXIS JERIA JERIA ARENAS ARENAS 06 DE OCTUBRE 2019

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DESARROLLO TAREA SEMANA 4

1. En un taller de tornería se está fabricando el eje trasero de un carro de arrastre. Para efectos de aprovechar todo el material disponible, el tornero decide soldar una pieza de acero para llegar al largo requerido, que es de 2,5[m], todo esto a temperatura ambiente (23 °C). La soldadura permite obtener las dimensiones deseadas, pero provoca que la pieza aumente su temperatura inicial en 8 veces, por lo que su enfriamiento rápido es inminente para obtener un buen forjado de la aleación, y es por ello que la pieza se sumerge en un recipiente de cal. a) Determine la longitud aproximada de la pieza que el maestro tornero logró soldar. Para resolver el ejercicio debemos tomar en cuenta la fórmula de Dilatación Lineal, la cual es:  ΔL = L * α * ΔT  * α * ΔT

Lf - Li = Li

 

Donde: Li: longitud inicial, Lf: Longitud Final, Lf = 2,5 m α: coeficiente de dilatación del acero, α = 3.67*10⁻³

 ΔT; variación de la temperatura . ΔT = T2 - T1 = 8(23 °C) - 23 ° C = 161 °C

Despejando y Sustituyendo en la fórmula: Li = Lf / 1 + α * ΔT  Li = 2,5m / 1 + 3.67*10 ⁻³ (161 °C) Li = 2,5m / 1.59087 Li = 1,5714 metros

Esta es la longitud inicial de la pieza de acero 1.57 metros aproximadamente

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Mientras que el valor de la longitud de dilatación es:

 ΔL = Lf - Li = 2,5 - 1,5714 = 0.93 metros.

Por lo tanto, podemos determinar que la longitud aproximada de la pieza que el maestro tornero logro soldar es de 0.93 aproximadamente.

2. Calcule el flujo de carbono a través de una placa que sufre procesos de carburización y descarburización a una temperatura de 650 °C. Las concentraciones de carbono a una distancia de 0,5 [cm] y 0,8 [cm] por debajo de la superficie carburizada son 1,7*10-2[g/cm3] y 0,8*10-2[g/cm3] respectivamente. Suponga D=3*10-7[g/cm3].

Según los datos entregados obtenemos lo siguiente

Sabemos que el flujo se puede expresar como:   = 

 

 

Reemplazando los datos conocidos:

10  7   =     = 3 ∗ 10     



    ∗ (1,7 ∗ 10  2   0 , 8 ∗ 1 0  2   )  0, 0,5 5    0, 0,8 8   



Resolviendo la expresión se obtiene que el flujo de carbono tiene un valor de:

  = 9 ∗ 10−  

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  ∗ 

 

 

 

3. Desarrolle un ejemplo para cada mecanismo de difusión estudiado. Indique, además, cuál es la ventaja de usar ese tipo de difusión y no otro. Justifique su respuesta. Difusión por vacancia: Los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición a otra si hay suficiente energía de activación proporcionada por la vibración térmica de los átomos, y si hay vacancias u otros defectos cristalinos en la estructura para que ellos los ocupen. Las vacancias en metales y aleaciones son defectos en equilibrio, y como se dice más arriba, siempre existe una cierta cantidad, lo que facilita la difusión sustitucional de los átomos. A medida que aumenta la temperatura del metal, se producen más vacancias y habrá más energía térmica disponible, por tanto, la velocidad de difusión es mayor a temperaturas elevadas. Un ejemplo de difusión por vacancia podríamos utilizar el del cobre, el cual lo podemos ver en la representación que dejaremos más abajo donde se observa. Si un átomo cercano a la vacancia posee suficiente energía de activación, podrá moverse hacia esa posición, y contribuirá a la difusión propia de los átomos de cobre en la estructura.

Difusión por

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vacancia.

 

 

Difusión intersticial: La difusión intersticial de los átomos en las redes cristalinas cristalina s tiene lugar cuando éstos se trasladan de un intersticio a otro contiguo sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunden debe ser relativamente pequeño comparado con los de la red; por ejemplo, hidrógeno, oxigeno, nitrógeno, boro y carbono pueden difundirse intersticialmente en la mayoría de las redes cristalinas metálicas.

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4. Entregue dos ejemplos de aplicaciones industriales en donde se empleen los cambios de fase de los materiales. Explique cuáles son los cambios de fase relevantes para esa aplicación e indique la razón de su uso. Justifique su respuesta. Ejemplo 1: El agua en una termoeléctrica, donde el proceso comienza obteniendo agua de mar a temperatura ambiente, luego de un proceso de desalinización, se convierte el agua de mar en agua desmineralizada, luego de este proceso es trasladada hacia los tubos que recorren el interior de la caldera, la cual en su interior mantiene una combustión, con la cual el agua es transformada en vapor, y luego ese vapor es llevado hacia la turbina en la cual el vapor que entra a alta presión hace girar los alavés de la turbina, para transformar ese movimiento electromecánico producido por el vapor seco en energía eléctrica. Entonces tenemos que el agua se toma alrededor de 15 a 20ºC. en estado líquido, luego su temperatura es elevada al interior de la caldera hasta hervirla 100ºC, luego se aumenta la Tº, sobre los 120ºC, produciendo el proceso de vaporización. Ejemplo 2: Producción de cobre, para la producción de cobre se necesita que el material en estado sólido se funde (la roca, luego de haber pasado por todo el proceso de molienda y separación de otros metales, como oro y plata) pasándola a estado líquido mediante el proceso de fundición, para obtener el cobre puro y almacenándolo en moldajes, en este proceso además se retiran todas las impurezas o escorias que puedan quedan en el material, las cuales después se vuelven a reutilizar refinando aún más el cobre y obteniendo otro componente como lo es el molibdeno.

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5. A partir del diagrama NiO-MgO, determine las composiciones tanto en fase sólida como líquida a las siguientes temperaturas: 2.200 °C, 2.400 °C y 2.600 °C.

 A) 2200ºC 2200ºC Fase liquida 14%MgO y 86%NiO Fase solida 36%MgO y 64% NiO B) 2400ºC Fase liquida 34%MgO y 66%NiO Fase solida 61%MgO y 39% NiO C) 2600ºC Fase liquida 61%MgO y 39%NiO Fase solida 82%MgO y 18% NiO

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Bibliografias

1.- Contenidos Semana 4. 2.- Recursos adicionales semana 4.

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