Pablo San Juan_Sepulveda_Tarea Semana 4

TAREA SEMANA 4

Propiedades térmicas de los materiales.

Pablo San Juan Sepúlveda

RESISTENCIA DE MATERIALES M ATERIALES Instituto IACC 10 Diciembre 2017

DESARROLLO

1) Se requiere elaborar una pieza moldeada de cobre que tenga las siguientes dimensiones finales: 50 cm de largo x 10 cm de ancho x 3 cm de espesor a temperatura ambiente de 25 °C. Entonces, ¿cuáles deben ser las dimensiones del molde a utilizar con el fin de obtener la pieza deseada?

* Utilice los valores dados en las siguientes tablas:

Molde de cobre.

Datos: Coeficiente de dilatación térmica lineal del aluminio (αAl) = 16,60x 10-6 /°C Variación de temperatura (T) = Tf – Ti = 16,60 °C – 1083 °C = -1066 °C El cambio de cualquier dimensión está dado por: l = lf – li = αAl · T · l0

Para obtener la dimensión final (lf) deseada, la longitud del molde (l0) debe ser:

 − 0 = 16,60  10−6 /° ∗ (−1066°) ∗ 0  − 0 = −0,0176956 0  = 0 − 0,0176956 0 = (1 − 0,0176956) => 0,0176956 0 = f 

Luego:

Por lo tanto, para la dimensión final de 50 cm la longitud del molde debe ser:

0 =  /0,0176956 = 50 / 0,0176956 => 0 = 2.825,56 cm Por lo tanto, para la dimensión final de 10 cm la longitud del molde debe ser:

0 =  /0,0176956 = 10 / 0,0176956 => 0 = 565,11 cm Por lo tanto, para la dimensión final de 3 cm la longitud del molde debe ser

0 =  /0,0176956 = 3 / 0,0176956 => 0 = 169,53 cm

El molde deber ser de = 2.825,56 cm * 565,11 cm * 169,53 cm para una pieza de cobre de 50 cm de largo x 10 cm de ancho x 3 cm.

2) A partir del diagrama de fases de la cerámica NiO- MgO que se muestra a continuación, determine: las fases presentes, la composición de cada fase y la cantidad de cada fase en (%) para las siguientes cerámicas a 2.400 °C: a) NiO – 20% MgO. b) NiO – 40% MgO. c) NiO – 80% MgO.

a) NiO – 20% MgO. Fases:  liquida. Composición de cada fase: composición del 20% y el resto 80% es NiO Cantidad de cada fase en (%)

Es 100% fase liquida. b) NiO  – 40% MgO. Fases:  liquida y solida Composición de cada fase: composición del 40% y el resto 60% es NiO c) NiO – 80% MgO. Fases:  solida Composición de cada fase: composición del 20% y el resto 80% es NiO

3) Dé dos ejemplos de aplicaciones industriales en donde se e mpleen los cambios de fase de los materiales. Explique cuáles son los cambios de fase relevantes para esa aplicación e indique la razón para su uso.

Ejemplo de materiales industriales. Cobre;

Para poder elaborar el cobre este material debe estar en estado líquido para que sea puesto en moldes y luego enfriarse para tornarse sólido y dar la forma deseada según lo requerimientos, el cambio de fase de líquido a solido permite forma la pieza de cobre. Cerámica;

Para la fabricación de las piezas de cerámica esta es sometida a altas temperaturas para poder formar la pieza deseada, el cambio de fases es de líquido a sólido.

4) ¿Sería posible el proceso de sinterización sin que ocurra difusión de los átomos? Argumente adecuadamente su respuesta.

Y ¿qué propiedades de los materiales se ven afectadas por el proceso de sinterización?

Para que se realice el proceso de sinterización es necesario la difusión para que el material en polvo se puede unir y así forma la pieza, de lo contrario no habría unión ya que las pequeñas partículas no se trasladarían de un lugar a otro. Las propiedades de los materiales que se ven afectado son el comportamiento con la temperatura y la dureza.

5) En un intercambiador de calor se ha utilizado una lámina de aleación de hierro con estructura FCC de 1 mm de espesor, para contener una mezcla de gases con una concentración de nitrógeno de 10 g/cm3. En condiciones estacionarias se ha encontrado que, al otro lado de la lámina de hierro, la concentr ación de nitrógeno es de 0,2 g/cm3. Calcule la velocidad de difusión del nitrógeno (flujo  J) a través de la lámina si la temperatura de operación del intercambiador es de 1.200 °C. *Utilice los datos de la siguiente tabla:

Calculo:

Utilizando la fórmula de flujo de difusión establecido en la primera ley de Fick, se tiene: J= -0.23cm2/s

103 −0,2 3 1

J=0.23 cm2/s * 9.8 J= 2,254 g/cms*s

BIBLIOGRAFIA.

IACC (2017). Mecánica: presión y fluidos. Física. Semana 4.