domingo, 17 de mayo de 2009

MATERIALES MAGNETICOS

DEFINICION

En física, el magnetismo es un fenómeno por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
También el magnetismo tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la onda electromagnética, como, por ejemplo, la luz.


Clasificación de los Materiales Magnéticos
Tipo de Material
Características
No magnético
No facilita o permite el paso de las líneas de Campo magnético.Ejemplo: el Vacío.


Diamagnético
Material débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, esta lo repele.Ejemplo: Bismuto (Bi), Plata (Ag), Plomo (Pb), Agua.

Paramagnético
Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética.Ejemplo: Aire, Aluminio

(Al), Paladio (Pd), Magneto Molecular.

Ferromagnético
Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética.Paramagnético por encima de la temperatura de Curie(La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C).Ejemplo: Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni), Acero suave.

Antiferromagnético
No magnético aun bajo acción de un campo magnético inducido.Ejemplo: Óxido de Manganeso(MnO2).

Ferrimagnético
Menor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.Ejemplo: Ferrita de Hierro.


Superparamagnético
Materiales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica.Ejemplo: Materiales utilizados en cintas de audio y video.

Ferritas
Ferrimagnético de baja conductividad eléctrica.Ejemplo: Utilizado como núcleo inductores para aplicaciones de corriente alterna.


Materiales magnéticos blandos
Los materiales magnéticos blandos son fácilmente imanables y desimanables
presentando curvas de histéresis de apariencia estrecha con bajos campos
coercitivos y alta saturación, figura 4.8 .a. y teniendo por tanto altas permeabilidades
magnéticas m. Este hecho es debido a la presencia de pocas imperfecciones y
defectos que constituyen obstáculos al movimiento de paredes de los dominios
magnéticos ó al giro de la imanación dentro de un dominio. Igualmente, y para
favorecer estos movimientos, se requieren bajas constantes de anisotropía y de
magnetostricción. El uso de estos materiales está centrado en núcleos para
transformadores, motores, generadores
Ejemplos de materiales magnéticos blandos y sus
aplicaciónes

Aleaciones de Fe y Si.
Los materiales magnéticos blandos de más amplia
utilización, por ejemplo en motores, tranformadores ó generadores, son las
aleaciones de Fe con 3-4% en peso de Si. Al añadir Si en solución sólida al Fe, la
aleación resultante presenta unas pérdidas de energía por histéresis menores,
volviéndose más blando magnéticamente, como consecuencia de varios fenómenos.
Primero disminuyen los intersticiales de oxígeno presentes atrapados por el Si; estos
intersticiales son unos defectos que dificultan el movimiento de las paredes de los
dominios. Además existe una reducción de la energía de anisotropía
magnetocristalina y de la magnetostricción provocando un aumento de la
permeabilidad magnética. Finalmente, la adicción de Si da lugar a un aumento en la
resistividad eléctrica disminuyendo las perdidas por corrientes parásitas, hecho
importante en transformadores y máquinas funcionando en corriente alterna. Como
efectos negativos aparecen la disminución de la imanación de saturación y de la
temperatura de Curie de la aleación. Ademas disminuye la ductilidad del Fe
provocando que para contenidos de Si mayores del 4% no se puede laminar el
material.


Vídrios metálicos.
Los vidrios metálicos son una clase relativamente nueva de
materiales metálicos cuya característica dominante es una estructura no cristalina
(amorfa). Se fabrican por un proceso de solidificación rápida (~106 °C/s). Los vidrios
metálicos tienen una propiedades notables: son muy fuertes, muy duros con alguna
flexibilidad, y muy resistentes a la corrosión. Magnéticamente son materiales muy
blandos, y esa es una de las principales razones de su importancia. Consisten
esencialmente en combinaciones de los metales ferromagnéticos Fe, Co y Ni con los
metaloides B y Si. En los vidrios metálicos, al no haber fronteras de grano ni
anisotropía cristalina de gran alcance, las paredes de los dominios se mueven con
facilidad, la energía de anisotropía es practicamente 0, las pérdidas de histéresis son
muy pequeñas y poseen una alta permeabilidad. Además, al ser materiales amorfos,
su resistividad es alta, es decir, las pérdidas por corrientes parásitas serán muy
pequeñas.
Aleaciones de Fe y Ni.

Poseen energías magnetocristalina y magnetostrictiva muy
bajas, y por eso tienen mayores permeabilidades a campos bajos que las aleaciones
de Fe-Si, tabla 4.1. Los materiales más conocidos son el Permalloy (Fe + 45%Ni) y
el Supermalloy (79% Ni). Su aplicación más importante es la comunicación de alta.
sensibilidad, en la que el equipo ha de recibir o transmitir pequeñas señales.


Materiales magnéticos duros
Los materiales magnéticos duros se caracterizan por una alta fuerza
coercitiva Hc y una alta inducción magnética remanente Br; de este modo, los ciclos
de histéresis de estos materiales son anchos y altos. Estos materiales se imanan en un campo magnético lo suficientemente fuerte como para orientar sus dominios magnéticos en la dirección
del campo aplicado. Una parte de la energía aplicada del campo se convierte en
energía potencial que se almacena en el imán permanente producido. Un imán
permanente, por consiguiente, se encuentra en un estado de energía relativamente
alto, comparado con un imán que no está imanado. Los materiales magnéticos duros
son difíciles de desimanar, una vez imanados debido básicamente a sus altas
constantes de anisotropía cristalina y a defectos que imposibilitan el movimiento de
las paredes de dominio. Para comparar las fuerzas de los imanes permanentes se
escoge el cuadrante izquierdo superior de la curva de histéresis, y a partir de ella se
calcula el producto energético máximo, (BH)máx , que es el máximo valor del
producto de B por H. Este producto es una medida de la energía potencial
magnética de un material magnético duro por unidad de volumen y teóricamente se
demuestra que no puede superar el valor 2 / 2
0 s M m . Por tanto, y con el objetivo de
maximizar el producto energético máximo es interesante trabajar con materiales de
alta imanación de saturación.


Ejemplos de materiales magnéticos duros y sus
aplicaciónes
Alnico
(aleaciones de Al, Ni y Co). Las aleaciones alnico son aleaciones de Al, Ni
y Co más Fe como material base, y son los más importantes materiales magnéticos
duros que se utilizan hoy en día. En EEUU cuentan con un 35% del mercado de los
materiales magnéticos. Estas aleaciones se caracterizan por un producto (BH)máx
muy alto, una alta imanación remanente y una fuerza coercitiva moderada.

Aleaciones de las Tierras Raras.

Las aleaciones de tierras raras se están
empezando a producir a gran escala y tienen propiedades magnéticas superiores a
las de cualquier material magnético comercial. Presentan los mayores productos de
energía, (BH)máx, y fuerzas coercitivas muy altas. El origen del magnetismo en los
elementos de las tierras raras se debe casi completamente a sus electrones
desapareados 4f. Hay dos grupos principales de materiales magnéticos basados en
tierras raras: unos basados en una fase única de SmCo5, y otros basados en
aleaciones endurecidas por precipitación, de composición aproximada Sm(Co,Cu)7,5.
Los imanes basados en la fase simple SmCo5 son los de uso más común. El
mecanismo de coercitividad se basa en la nucleación y fijación de las paredes de
dominio de las superficies y fronteras de grano. Estos materiales se fabrican
mediante técnicas de metalurgia de polvos usando partículas finas (1-10 mm). Al
aplicarles presión durante la compactación, las partículas son alineadas en un
campo magnético. Un posterior tratamiento de sinterización previene el crecimiento
de las partículas prensadas.


El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, p.e. una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo.
Por ejemplo, del movimiento de electrones en una corriente eléctrica o en casos del movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo atómico. Estas también aparecen de un dipolo magnético intrínseco que aparece de los efectos cuánticos, p.e. del spin de la mecánica cuántica.
La misma situación que crea campos magnéticos (carga en movimiento en una corriente o en un átomo y dipolos magnéticos intrínsecos) son también situaciones en que el campo magnético causa sus efectos, creando una fuerza. Cuando una partícula cargada se mueve a través de un campo magnético B, se ejerce una fuerza F dado por el producto cruz.

Pequeña explicación del magnetismo
Cada electrón es por su naturaleza, un pequeño imán. Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados.
Además del campo magnético intrínseco del electrón, algunas veces hay que contar también con el campo magnético debido al movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo. Este efecto es análogo al campo generado por una corriente eléctrica que circula por una bobina. De nuevo, en general, el movimiento de los electrones no da lugar a un campo magnético en el material, pero en ciertas condiciones, los movimientos pueden alinearse y producir un campo magnético total medible.
El comportamiento magnético de un material depende de la estructura del material y, particularmente, de la configuración electrónica.



PROCESO DE CALIDAD

PROYECTO PERSONAL.
HISTORIA
En 1779, Peter Woulfe, estudiando una muestra del mineral wolframita, (Mn, Fe) WO4, predijo que debía de contener un nuevo elemento.
En 1781, Carl Wilhelm Scheele y Torbern Bergman sugieren que se puede encontrar un nuevo elemento reduciendo un ácido (denominado "ácido túngstico") obtenido a partir del mineral scheelita, CaWO4.
En 1783, en España, los hermanos Juan José Elhúyar y Fausto Elhúyar encuentran un ácido a partir de la wolframita idéntico al ácido túngstico. Juan José trajo el mineral consigo de su periplo por las minas y universidades europeas. En Upsala tomó clases con Bergman el cual le habló de sus intuiciones respecto del tungsten. Consiguieron aislar el nuevo elemento mediante una reducción con carbón vegetal, en el laboratorio de la Sociedad Vascongada, en Bergara. Publican Análisis químico del volfram y examen de un nuevo metal que entra en su composición describiendo este descubrimiento.
En 1820 el químico sueco Berzelius obtiene volframio mediante reducción con hidrógeno. El método, empleado todavía actualmente comienza a abrir las posibilidades de uso de este metal tan extraordinario.
DEFINICION
El wolframio o volframio, también llamado tungsteno en el mundo anglosajón (la I.U.P.A.C. recomienda utilizar el término tungsteno) es un elemento químico de número atómico 74 que se encuentra en el grupo 6 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es W.
PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD.
1.- propósito:
Establecer un procedimiento de calidad para la manufactura del filamento de tungsteno para los focos eléctricos.

2.- OBJETIVO:
Empezar a diseñar procedimientos con los planes de inspección de calidad y mantener el proceso en optimización.

3.- REQUERIMIENTO DE SEGURIDAD:
3.1.- Lentes de seguridad en el área de soldadura, usándolo en todo momento mientras dure la operación, utilizar guantes donde se requiera.
3.2.- Las guardas de protección deben estar en su lugar siempre.
3.3.- No tratar de alcanzar piezas que se encuentren alrededor de la maquina cuando se encuentre trabajando.
3.4.- No realice tareas en las cuales no haya sido entrenado previamente.

PROCEDIMIENTO:
4.1.- Para extraer el elemento de su mena, se funde ésta con carbonato de sodio obteniéndose volframato de sodio, Na2WO4.

General
Nombre, símbolo, número
Wolframio (tungsteno), W, 74
Serie química
Metal de transición
Grupo, periodo, bloque
6, 6 , d
Densidad, dureza Mohs
19.250 kg/m3, 7,5
Apariencia
Blanco grisáceo, brilloso


4.2.- El volframato de sodio soluble se extrae después con agua caliente y se trata con ácido clorhídrico para conseguir ácido volfrámico, H2WO4.

Propiedades físicas

Estado de la materia
Sólido
Punto de fusión
3683
K (3410°C)
Punto de ebullición
6203 K (5930°C)
Entalpía de vaporización
82456 kJ/mol
Entalpía de fusión
35,4 kJ/mol
Presión de vapor
4,27 Pa a 3680 K
Velocidad del sonido
5174 m/s a 293,15 K


4.3.- Este último compuesto, una vez lavado y secado, forma el óxido WO3, que se reduce con hidrógeno en un horno eléctrico.

4.4.- El fino polvo obtenido se recalienta en moldes en una atmósfera de hidrógeno, y se prensa en forma de barras que se enrollan y martillean a alta temperatura para hacerlas compactas y dúctiles.

4.5.- El filamento de tungsteno de una lámpara incandescente está formado por un alambre extremadamente fino. Debemos de checar que el filamento no se encuentre roto.


4.6.- Longitud total del filamento debe ocupar el menor espacio posible.

4.7.- El alambre se reduce por medio de un doble enrollado.


4.8.-De esa forma se logra que ocupe muy poco espacio cuando se coloca entre los dos alambres de cobre que le sirven de electrodos de apoyo dentro de la lámpara.

Filamento montado en el tubo central de cristal. De una lámpara incandescente.


4.9.- Corte de la capsula.- revisar filamento roto.

4.10.- Soldar soporte en el alambre derecho de la capsula, no exceder de soldadura.

4.11.- Soldar fusible en el alambre izquierdo.
Accesorios para la soldadura.

Cuatin y soldadura de rrollo.

4.12.- Se acomoda en un escantillón y se le pone la base.

4.13.- Pasa a la siguiente operación donde lleva soldadura con el cautín.

4.14.- Se lleva a la estación del cemento.
a).- Se le coloca cemento alrededor de la base.
b).- Se ensambla la cerámica.

Preparación de la lente:
4.15.- Se mete a una prensadora (remachado).

4.16.- La cerámica se precalienta, y luego por el sistema de vacio se aluminiza.

4.17.- Estampado.

4.18.- Revisado.
4.19.- Empaque.

Al casquillo metálico de la lámpara (con rosca o del tipo bayoneta) y al borne situado en su extremo.
Se encuentran soldados dos alambres de cobre que se insertan después por el interior de un tubo hueco de cristal ubicado internamente en la parte central de una ampolla del mismo material y de la cual forma parte.
Cerca del extremo cerrado de ese tubo hueco los dos alambres lo atraviesan y a sus puntas se sueldan los extremos del filamento de tungsteno.
La bombilla de cristal se sella al vacío y en su interior se inyecta un gas inerte como, por ejemplo, argón (Ar), que ayuda a prolongar la vida del filamento.


La cantidad de luz que emite una lámpara incandescente depende fundamentalmente de la potencia que tenga en watt. La longitud del alambre del filamento, y el tamaño y forma de la bombilla de cristal dependen directamente también de la potencia que tenga la lámpara, por lo que una de 25 watt será mucho más pequeña si la comparamos con otra de 500 watt.

viernes, 24 de abril de 2009

APLICACIÓN DE LA MATERIA EN EL AMBIENTE LABORAL.



OBJETIVO: Conocer la aplicación de la materia, nosotros como nuevos ingenieros de vemos de saber por qué es importante conocer las propiedades de cada uno de los materiales, para formar nuestro propio criterio.
Realice una visita en una empresa denominada P&B ubicada en el parque Bermudez en el departamento de moldeo, se pidió al encargado del área que se nos permitiera hacer un recorrido en el departamento.
Nos atendió el Ing. Miguel de la Cruz de León, Rafael Flores como supervisor del área del taller de herramientas.


En el área de moldeo se nos explico porque es importante conocer las propiedades de los polímeros en el proceso de moldeo, cuando se está produciendo y el proceso empieza a tener variaciones, dependiendo el problema que presente, el ingeniero determina que aplicar para controlar el proceso, puede ser: moverlas a las temperaturas, presión que se requiera para su mejor manejo y comportamiento.
Los polímeros son muy maleables, como el nylon, son flexibles, muy rígidos como el Valox que es bastante duro entre otros, cada uno son resistentes dependiendo la aplicación que se requiera: pueden utilizarse en altas temperaturas, aceite, sol, agua, etc. Hay que tomar en cuenta que los polímeros son dañinos a la salud. Por ejemplo en el proceso de moldeo, cuando una moldeadora se encuentra trabajando los gases que despiden cuando se está moldeando pueden causar cáncer, infecciones respiratorias o a la larga dañar tus pulmones.
También no influye directamente nada mas en la salud de los trabajadores sino también en el medio ambiente por que existen polímeros que no son degradable (reciclables), para trabajar en el área de moldeo debe utilizarse un equipo de cómo: cubre bocas, guantes, sistemas de filtración y circulación de aire, molinos para reciclar coladas, mangas para evitar quemaduras con los moldes, zapatos de seguridad, lentes, en algunos casos utilizan cubierta de pelo.
En esta área es importante el medio ambiente, ya que los polímeros pueden verse afectados por la humedad y la temperatura, deben de procesarse antes de utilizar el material (secar el material) esto es para que se elimine la humedad que contenga el material y mantenerlo a una temperatura para poder utilizarlo y optimizar el proceso de moldeo. Los químicos que se utilizan para el proceso de moldeo son los desmoldantes como el mold rease que sirve para limpiar los moldes y lubricarlos.
Para poder controlar el proceso de moldeo es importante mantener las temperaturas estables, presiones y velocidades de la maquina que influye directamente en el molde y al proceso.
Alguna características de los polímeros son: su maleabilidad, dureza, resistencia y son muy fluidos. Actualmente hay dos tipos de forma de moldeo, thermoplastico que se trabaja en un 85% en el mundo, tremoset 10% al 15% en el mundo.
El peso, precio y la versatilidad de los polímeros están desplazando al acero actualmente.


Propiedades Físicas de los Polímeros.
Los polímeros son macromoleculas
(generalmente organicas
) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros
Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cristalino, son las llamadas fuerzas de van de Waals. En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H. La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material. La temperatura en la cual funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión (Tf) Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que la misma sea bastante superior a Tf.
Usos más comunes del plástico]
Utilizado como aislante eléctrico, Aplicaciones en el sector industrial y de consumo. (Envoltorios, bolsas de basura,...) Construcción; cañerías, espumas aislantes de poliestireno, etc. Industrias varias: piezas de motores, carrocerías, juguetes, maletas, artículos deportivos, fibras textiles, etc. En los artefactos eléctricos.


En el area del taller de herramientas se nos hablo a cerca de los metales y de las diversas aplicaciones que se les da.Por ejemplo a que temperatura el metal puede ser templado, sobre el cambio de temperatura para enfriar el metal puede ser en aceite, aire, sal, dependiendo del material.
Existe una lista de metales en el cual especifica como debe de trabajarse el metal.
Que significa:
Harden: temperatura de templado.
Quench: Cambio de temperatura( aceite, aire, arena, sal) depende del material.

Dewpoint: Punto medio del rebenido,darle la dureza requerida.