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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 7
2. OBJETIVOS.................................................................................................................. 8
3. SELECCIÓN DE MATERIALES.................................................................................. 9
3.1. Requerimientos y fases de selección .................................................................... 9
3.2. Métodos de selección .......................................................................................... 12
3.2.1. Método tradicional ......................................................................................... 12
3.2.2. Método gráfico .............................................................................................. 13
3.2.3. Método con la ayuda de bases de datos ...................................................... 15
4. INTRODUCCIÓN A CES EDUPACK ......................................................................... 16
5. NIVELES CES EDUPACK ......................................................................................... 17
6. EXPLORACIÓN DE LA BASE DE DATOS ............................................................... 18
6.1. Menú de selección de nivel ................................................................................. 18
6.2. Interfaz y herramientas de búsqueda .................................................................. 18
6.2.1. Uso de la orden Browse................................................................................ 19
6.2.1.1. Ejemplo de utilización de la orden Browse ............................................ 20
6.2.2. Uso de la orden Search ................................................................................ 23
6.2.2.1. Ejemplo de utilización de la orden Search ............................................ 24
7. SELECCIÓN DE MATERIALES CES EDUPACK ..................................................... 27
7.1. Selección a través de la etapa Graph ................................................................. 30
7.1.1. Tipos de diagrama ........................................................................................ 30
7.1.1.1. Diagrama de burbujas ............................................................................ 31
7.1.1.2. Diagrama booleano ................................................................................ 32
7.1.1.3. Diagrama de barras................................................................................ 33
7.1.1.4. Diagrama de rangos ............................................................................... 34
7.1.2. Creación de diagramas ................................................................................. 35
7.1.2.1. Opciones Avanzadas ............................................................................. 36
7.1.3. Herramientas de edición y selección de los diagramas ............................... 40
7.1.4. Ejemplo de selección a través de la etapa Graph ........................................ 50
3
7.2. Selección a través de la etapa Limit.................................................................... 55
7.2.1. Aplicación de la etapa Limit .......................................................................... 57
7.2.2. Ejemplo de selección a través de la etapa Limit .......................................... 60
7.3. Selección a través de la etapa Tree .................................................................... 62
7.3.1. Ejemplo de selección a través de la etapa Tree .......................................... 64
7.4. Selección a través de la combinación de las tres diferentes etapas .................. 67
7.4.1. Ejemplo de selección a través de la combinación de las tres diferentes
etapas ...................................................................................................................... 68
8. DISEÑO DE PRÁCTICAS .......................................................................................... 73
8.1. Tutorial de funcionamiento básico de CES EduPack ......................................... 74
8.2. Práctica de nivel 1 ............................................................................................... 81
8.3. Práctica de nivel 2 ............................................................................................... 89
8.4. Práctica de nivel 3 ............................................................................................. 107
9. PÚBLICO OBJETIVO (TARGET)............................................................................. 123
9.1. Grado en Ingeniería Mecánica .......................................................................... 123
9.1.1. Asignaturas troncales ................................................................................. 123
9.1.2. Asignaturas optativas .................................................................................. 125
9.2. Grado en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto ...................................... 126
9.2.1. Asignaturas troncales ................................................................................. 126
9.2.2. Asignaturas optativas .................................................................................. 128
9.3 Grado en Ingeniería Eléctrica ............................................................................. 130
9.3.1 Asignaturas troncales .................................................................................. 130
9.4. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática.................................. 131
9.4.1 Asignaturas troncales .................................................................................. 131
10. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 133
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 3.1 - Fases para la selección de un material ...................................................... 10
Figura 3.2 - Lista de principales propiedades ................................................................ 12
Figura 3.3 - Mapa de materiales .................................................................................... 14
Figura 6.1 - Menú de selección de nivel ........................................................................ 18
Figura 6.2 - Interfaz ........................................................................................................ 19
Figura 6.3 - Menú Browse .............................................................................................. 19
Figura 6.4 - Acero bajo en carbono................................................................................ 21
Figura 6.5 - Módulo de Young ........................................................................................ 22
Figura 6.6 - Menú Search .............................................................................................. 23
Figura 6.7 - Resultados búsqueda ................................................................................. 24
Figura 6.8 - Corte por laser ............................................................................................ 25
Figura 7.1 - Menú Select ................................................................................................ 28
Figura 7.2 - Desplegable Select from ............................................................................ 29
Figura 7.3 - Diagrama de burbujas ................................................................................ 31
Figura 7.4 - Diagrama booleano .................................................................................... 32
Figura 7.5 - Diagrama de barras .................................................................................... 33
Figura 7.6 - Diagrama de rangos ................................................................................... 34
Figura 7.7 - Menú etapa Graph ...................................................................................... 35
Figura 7.8 - Menú Advanced (Attributes) ....................................................................... 37
Figura 7.9 - Menú Advanced (Trees) ............................................................................. 38
Figura 7.10 - Menú Advanced (Constants/Parameters) ................................................ 39
Figura 7.11 - Diagrama .................................................................................................. 40
Figura 7.12 - Herramientas diagrama ............................................................................ 41
Figura 7.13 - Menú Properties (Graph) .......................................................................... 41
Figura 7.14 - Selección a través de Point-Line Selection .............................................. 43
Figura 7.15 - Whole record within selection activado .................................................... 44
5
Figura 7.16 - Selección a través de Box Selection ........................................................ 45
Figura 7.17 - Herramienta Text ...................................................................................... 46
Figura 7.18 - Herramienta Family Envelopes ................................................................ 47
Figura 7.19 - Diagrama con nombres ............................................................................ 48
Figura 7.20 - Herramienta Black and White ................................................................... 49
Figura 7.21 - Herramienta Guideline .............................................................................. 50
Figura 7.22 – Precio - Límite elástico ............................................................................ 51
Figura 7.23 - Selección del area óptima ........................................................................ 52
Figura 7.24 - Precio - Resistencia a la compresión ....................................................... 53
Figura 7.25 - Acotación del diagrama ............................................................................ 54
Figura 7.26 - Soluciones ................................................................................................ 54
Figura 7.27 - Menú Limit ................................................................................................ 55
Figura 7.28 - Parámetros de selección .......................................................................... 56
Figura 7.29 - Rango Modulo de Young .......................................................................... 58
Figura 7.30 - Menú Properties (Limit) ............................................................................ 59
Figura 7.31 - Datos etapa Limit ...................................................................................... 61
Figura 7.32 - Resultados etapa Limit ............................................................................. 62
Figura 7.33 - Menú Tree ................................................................................................. 63
Figura 7.34 - Fundición a alta presión (Tree) ................................................................ 65
Figura 7.35 - Soluciones etapa Tree .............................................................................. 66
Figura 7.36 - Menú de resultados Show ........................................................................ 67
Figura 7.37 - Etapa Tree ................................................................................................ 69
Figura 7.38 - Etapa Graph .............................................................................................. 70
Figura 7.39 - Etapa Limit ................................................................................................ 70
Figura 7.40 - Results ...................................................................................................... 71
Figura 7.41 - Tabla de resultados .................................................................................. 71
Figura 8.1 – Menú de selección de nivel ....................................................................... 74
6
Figura 8.2 - Menú principal ............................................................................................. 75
Figura 8.3 - Herramientas principales ............................................................................ 75
Figura 8.4 - Opciones de selección................................................................................ 76
Figura 8.5 - Etapas disponibles ...................................................................................... 76
Figura 8.6 - Menú Graph ................................................................................................ 77
Figura 8.7 - Menú Limit................................................................................................... 78
Figura 8.8 - Menú Tree ................................................................................................... 79
Figura 8.9 - Results ........................................................................................................ 80
Figura 9.1 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado Mecánica) ........................................ 123
Figura 9.2 - Asignaturas cuatrimestre 5 (Grado Mecánica) ........................................ 124
Figura 9.3 - Asignaturas cuatrimestre 7 (Grado Mecánica) ........................................ 125
Figura 9.5 - Asignaturas cuatrimestre 4 (Grado Diseño) ............................................. 126
Figura 9.6 - Asignaturas cuatrimestre 5 (Grado Diseño) ............................................. 127
Figura 9.7 - Asignaturas cuatrimestre 7 (Grado Diseño) ............................................. 129
Figura 9.8 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado electricidad) ...................................... 130
Figura 9.9 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado electrónica y automática) ................. 131
7
1. INTRODUCCIÓN
La innovación en ingeniería a menudo significa el uso inteligente de un nuevo material
para una aplicación determinada. Los clips de plástico y los álabes cerámicos de las
turbinas representan intentos de mejorar con polímeros y con cerámicos lo que
previamente se hacía con metales. Y los desastres en ingeniería con frecuencia están
causados por un mal uso de los materiales. Cuando un avión cae al suelo porque
aparecen fisuras en alguna de sus alas, se debe a que los ingenieros que lo diseñaron
emplearon materiales equivocados o no entendieron las propiedades de éstos. Por ello
es vital que el ingeniero profesional conozca cómo se seleccionan los materiales y
sepa cuál se ajusta a las demandas del diseño, demandas económicas y estéticas, así
como de resistencia y durabilidad. El diseñador debe comprender las propiedades de
los materiales y sus limitaciones.
Ningún ingeniero pretende aprender a recordar tablas y listas de valores de
propiedades de los materiales, pero se debería intentar recordar los órdenes de
magnitud de estas cantidades. Los fruteros saben que “un kilo de manzanas es
aproximadamente 10 manzanas” (las pesan, pero su conocimiento les evita cometer
errores tontos que les podrían costar dinero). De forma análoga, un ingeniero debería
conocer que “la mayoría de los módulos de elasticidad están comprendidos entre 1 y
103 GPa y en torno a 102 GPa para los metales”. En cualquier diseño real se necesita
un valor exacto, que se obtiene a partir de las especificaciones de los suministradores,
pero el conocimiento de los órdenes de magnitud evita errores de unidades o cometer
equivocaciones absurdas y costosas.
Se dice que existen más de 50.000 materiales disponibles para el ingeniero. En el
diseño de una estructura o dispositivo, ¿cómo elegirá el ingeniero entre un menú tan
amplio el material más adecuado? Los errores pueden causar desastres. La historia ha
sido testigo de grandes desastres en ámbitos como por ejemplo de construcción civil,
naval y aérea a causa de fallos en el diseño de los componentes, y más
concretamente en la selección de los materiales. Afortunadamente, vivimos en un
mundo que no para de avanzar en ámbitos tecnológicos y cada vez son más las
herramientas de las que dispone el ingeniero para realizar un selección de un material
adecuado.
8
2. OBJETIVOS
El objeto de este proyecto es la realización de un manual de usuario del software de
selección de materiales CES EduPack y posteriormente de la realización y diseño de
unas prácticas para la docencia de Ciencia de los Materiales en grado.
Con este proyecto se pretende que el estudiante de ingeniería se conciencie acerca de
la importancia de la buena selección de un material en un proceso de diseño. Para ello
se hará una breve introducción acerca del mundo de la selección de materiales y los
diferentes métodos que existen.
También se tiene como objetivo que el estudiante adquiera agilidad y destreza con el
programa informático CES EduPack y sea capaz de realizar selecciones de una
manera rápida y eficaz.
La utilización de este software otorgará al estudiante nuevos conocimientos sobre la
Ciencia de Materiales y reforzará aquellos que ya ha adquirido de una forma muy
visual e intuitiva gracias a los diferentes diagramas de propiedades y contenidos que
ofrece CES EduPack.
9
3. SELECCIÓN DE MATERIALES
La gran mayoría de avances tecnológicos logrados en la sociedad moderna, se han
apoyado en el descubrimiento y desarrollo de materiales de ingeniería y procesos de
fabricación usados en su obtención. Una adecuada selección de materiales y
procesos, garantiza a los diseñadores de partes mecánicas su correcto funcionamiento
de los componentes diseñados.
Existen diversos métodos a la hora de realizar la selección de un material o proceso.
Desde el punto de vista práctico, la posibilidad de usar varios métodos y poderlos
confrontar, garantiza una mayor eficiencia en la selección correcta del material e un fin
específico.
La mayoría de métodos parten de la disponibilidad de una amplia gama de materiales,
los cuales se deben analizar, ya sea con ayuda de: recomendaciones (métodos
tradicionales), mapas de materiales (método gráfico) o información escrita que se
encuentran en fuentes bibliográficas o en forma de software en bases de datos
virtuales. En general, la selección del material se hace de acuerdo con las propiedades
exigidas por el componente a diseñar y sustentado con criterios como: disponibilidad,
facilidad de obtención, vida de servicio, factores ambientales y costos, entre otros. De
esta forma, se llega a la selección de un único tipo de material, el cual debe resultar en
el más apropiado para el fin pretendido.
3.1. Requerimientos y fases de selección
La selección del tipo de material que se requiere para una aplicación determinada, es
solo una de las fases en las que un diseñador o ingeniero de materiales se basa. El
conjunto de fases previas a la selección comprende:
1) Necesidad
2) Diseño conceptual
10
3) Diseño de formulación
4) Diseño en detalle
5) Manufactura y montaje
Las actividades completas que llevan a la selección del material más adecuado se
resumen en la siguiente Figura 3.1:
Es importante mencionar, que para la utilización de cualquiera de los métodos de
selección de materiales que existen, el diseñador o ingeniero de materiales, debe
partir de la etapa conceptual, en la cual se identifica una categoría o categorías muy
amplias como posibles materiales a usar. El tipo y valor del esfuerzo aplicado y la
forma geométrica, entre otras variables que deben considerarse, otorgan restricciones
en cuanto al tipo de material a seleccionar. Por ejemplo, en el caso de esfuerzos de
flexión o torsión como los que actúan en la suspensión de un coche, nos indica que
dentro de las posibles familias de materiales que existen (metales, cerámicos,
Figura 3.1 - Fases para la selección de un material
11
polímeros y compuestos), los más adecuados son los metales y dentro de estos los
aceros. Por tanto, en la etapa de formulación del problema, se examina con mayor
detenimiento cual de los diferentes aceros se pueden usar con mayor confianza (si son
aceros de bajo, medio o alto carbono o si son aceros de baja o alta aleación). La
selección preliminar se puede hacer con base en los datos de propiedades dadas por
los proveedores o fabricantes. De esta forma, se pueden identificar algunos de estos
proveedores y en la selección final se trabaja con las propiedades dadas por el
proveedor que facilite la consecución del material más adecuado y con mayor
facilidad.
Un diseñador de componentes ingenieriles siempre busca encontrar el material ideal
para su componente. Se pueden mencionar, entre otras características, que un
material ideal cumple con la siguiente lista de requisitos:
Inagotable y siempre disponible para su reemplazo
Barato para refinar y producir
Fuerte, rígido, y dimensionalmente estable a diferentes temperaturas
Ligero
Resistente a la corrosión y al desgaste
Respetuoso con el medio ambiente y las personas
Biodegradable
Polivalente
Estos requisitos hacen que el ingeniero o diseñador tenga dificultad en seleccionar el
material ideal. Es por esto, que se usan métodos más o menos exactos, que permiten
hacer una aproximación del material más idóneo para alguna aplicación. En general,
los métodos para selección de materiales se basan en una serie de parámetros entre
físicos, mecánicos, térmicos, eléctricos y de de fabricación que determinan la utilidad
técnica de un material. Algunos de estos parámetros son mostrados en la siguiente
Figura 3.2:
12
Debido al alto número de factores que afectan a la selección de materiales, el
ingeniero o diseñador debe determinar cuáles son las propiedades más relevantes
para la aplicación que se requiere y en base a ellas, hace la selección. A continuación
se hace una breve descripción de tres de los métodos más usados en la selección de
materiales.
3.2. Métodos de selección
3.2.1. Método tradicional
Con este método, el ingeniero o diseñador escoge el material que cree más adecuado,
con base en la experiencia de partes que tiene un funcionamiento similar y que han
mostrado buenos resultados. Este método es también conocido como materiales de
ingeniería de partes similares. El método mantiene buena aceptación debido a lo
siguiente:
El ingeniero se siente seguro con un material usado en el mismo campo y
ensayado.
Figura 3.2 - Lista de principales propiedades
13
Las características del material empleado ya han sido estudiadas previamente
y por lo tanto no es necesario realizar estudios previos a la selección.
Ahorro considerable de tiempo.
Sin embargo, el uso de este método, en ocasiones conduce a serios problemas, ya
que no se hace un estudio real del ambiente de trabajo del componente o equipo, el
cual puede ser decisivo a la hora de escoger el material.
3.2.2. Método gráfico
Este método se apoya en graficas (conocidas como mapas de materiales), en las que
se relacionan por pares ciertas propiedades de los materiales. El método fue diseñado
exclusivamente para ser utilizado durante la etapa conceptual de la selección de
materiales. En estos mapas se puede hacer una aproximación del material más
adecuado (perteneciente a una determinada familia de materiales), con base en la
relación de las propiedades más importantes que debe poseer el componente. En la
siguiente Figura 3.3 se puede observar un ejemplo de mapa de materiales.
14
Como es de esperar, rara vez el comportamiento de un componente depende sólo de
una propiedad. De igual manera, los mapas de materiales, también denominados
diagramas de Ashby, muestran que las propiedades de las diferentes clases de
materiales pueden variar en amplios intervalos (dependiendo del estado de estos),
formando grupos que se ubican en áreas cerradas, zonas o campos en tales
diagramas. Eso significa, que una misma familia de materiales puede tener una
apreciable variación en sus propiedades, generando un campo o zona en los mapas.
En estos mapas se relacionan entre otras, propiedades como resistencia, módulo de
elasticidad, densidad, tenacidad, conductividad térmica, costes, etc.
Figura 3.3 - Mapa de materiales
15
3.2.3. Método con la ayuda de bases de datos
En Internet existe una amplia gama de bases de datos sobre materiales, que han sido
construidas para comercialización libre o son distribuidas por vendedores de
materiales. Estas bases de datos son el resultado de investigaciones en ensayos de
materiales. Las bases de datos se dividen básicamente en dos categorías, numéricas
y literarias o de referencias bibliográficas. Dentro de las más importantes bases de
datos están el banco de datos de la ASTM, la SAE, la ASM, la AISI, la NASA, etc.
También se dispone de software específico en el mercado para la selección de
materiales, CES EduPack es uno de los más conocidos y empleados en el mundo del
diseño e ingeniería.
La selección de materiales con ayuda de estas bases de datos, parte del conocimiento
de las principales propiedades que el material debe tener para un fin específico.
16
4. INTRODUCCIÓN A CES EDUPACK
CES EduPack es una completa herramienta de apoyo al aprendizaje de la Ciencia de
los Materiales en una gran cantidad de ámbitos como ingeniería, ciencias, procesos y
diseños, etc.
Se trata de un software de selección de materiales con el cual se puede encontrar en
su amplia base de datos aquel material o proceso que se adapta mejor a determinadas
exigencias y condiciones.
Más de 800 las universidades de todo el mundo utilizan este programa, aunque no
sólo las universidades utilizan este software. Gran cantidad de empresas e entidades
mundialmente conocidas también se han hecho con sus servicios, algunas de ellas tan
importantes como: Ferrari, Renault F1, Intel, NASA, etc.
Por lo tanto, no cabe duda de que esta es una herramienta con un gran potencial. En
su base de datos podemos encontrar hasta más de 3000 materiales diferentes, más
de 200 procesos, todo tipo de datos técnicos, “notas científicas” e información
completa y ilustrativa de todos estos materiales y procesos.
El objetivo de este manual consiste en enseñar al usuario todos los conocimientos
básicos necesarios para la correcta utilización del software, así como las funciones de
las herramientas principales y la correcta aplicación de cada una de ellas.
17
5. NIVELES CES EDUPACK
El programa dispone de una base de datos dividida en tres niveles:
NIVEL 1 (Iniciación): En este nivel se pueden encontrar 67 materiales diferentes, los
más utilizados de entre las distintas familias: metales y aleaciones, cerámicas
(técnicas y no técnicas), polímeros, elastómeros, espumas, compuestos, vidrios y
materiales naturales. Dispone de 77 procesos diferentes, los más utilizados de entre:
conformado, tratamiento superficial y unión.
En cuanto al contenido de este nivel, se puede encontrar una descripción detallada del
material o proceso, una imagen, un producto familiar, usos típicos y datos técnicos
básicos para propiedades generales, mecánicas, térmicas, eléctricas, etc.
NIVEL 2 (Intermedio): En este nivel se pueden encontrar 98 materiales diferentes,
los más utilizados más algunos otros no tan comunes de entre las mismas familias que
en el nivel anterior. Se dispone de 109 procesos diferentes de entre conformado,
tratamiento superficial y unión.
El contenido en este nivel es más completo que en el nivel anterior: se puede
encontrar la misma información que en el nivel 1 pero complementada con más datos
numéricos, más propiedades, pautas de diseño y notas técnicas.
NIVEL 3 (Avanzado): Se trata del nivel más complejo de todos, en él se pueden
encontrar 2954 materiales diferentes y 230 procesos diferentes, materiales y
procesos de uso avanzado utilizados en campos como la aeronáutica, arquitectura e
ingeniería civil, bio-materiales, etc.
Este nivel dispone del contenido más amplio y detallado de entre los 3 niveles
anteriores, se puede acceder a todo tipo de propiedades y datos técnicos.
18
6. EXPLORACIÓN DE LA BASE DE DATOS
6.1. Menú de selección de nivel
Al iniciar el programa se muestra un menú similar al mostrado en la Figura 6.1:
Aqui es donde se selecciona el nivel con el que se quiere empezar a trabajar,
dependiendo del abanico de materiales y procesos que se pretenda utilizar.
6.2. Interfaz y herramientas de búsqueda
Una vez seleccionado el nivel ya se puede empezar a trabajar. Para poder moverse
con agilidad y soltura por el software, es importante conocer la interfaz del programa y
saber cuál es la función de cada una de las herramientas principales.
La interfaz del programa es muy simple e intuitiva. Los menús contienen órdenes muy
básicas que seguramente ya se conocen si antes se ha trabajado con cualquier otro
tipo de programa. De todas formas se van a analizar dichas órdenes (Figura 6.2).
Figura 6.1 - Menú de selección de nivel
19
Los menús desplegables de la parte superior (file, edit, view, etc.) son los estándares
que se pueden encontrar en todos los programas. Con éstos se pueden abrir archivos,
guardar, configurar diferentes aspectos del programa, cortar, copiar y pegar, etc.
Las órdenes que hay justo debajo de los desplegables son importantes ya que son las
que se utilizarán para analizar y buscar en cada uno de los niveles de CES EduPack.
A continuación se describe su función:
6.2.1. Uso de la orden Browse
Browse (Explorar)
Esta orden es la que se utiliza para explorar la base de datos del nivel con el que se
está trabajando. Se pude localizar cualquier tipo de material, proceso, fabricante e
incluso referencias. Cuando se pulsa esta orden aparece un menú como el de la
Figura 6.3.
Figura 6.2 - Interfaz
Figura 6.2 - Menú Browse
20
Se dispone de dos desplegables, Table y Subset. Con el primero se selecciona el
grupo en el que se quiere buscar, a elegir entre: Universo Materiales, Universo
Procesos, Fabricantes y Referencias. Con el segundo, se selecciona el nivel en el que
queremos buscar, nivel 1, 2 o 3, teniendo en cuenta siempre que el abanico de
posibilidades es más amplio conforme vamos subiendo de nivel.
Una vez se haya hecho la selección del grupo donde se va a buscar y el nivel, se
puede empezar a explorar el índice jerárquico que presenta el programa.
Cuando se seleccione un proceso o material aparecerá a la derecha de la pantalla
toda la información y propiedades de la selección. Esta información será siempre más
o menos completa en función del nivel en el que se encuentre el usuario.
A continuación se muestra un ejemplo:
6.2.1.1. Ejemplo de utilización de la orden Browse
Se va a realizar la búsqueda del acero bajo en carbono, para ello en el desplegable
Table se selecciona Universo Materiales y en el desplegable Subset se escoge
Nivel 1 (en todos los niveles se puede encontrar el acero bajo en carbono). A
continuación se explorará el índice jerárquico que se nos presenta en pantalla de la
siguiente manera:
- Metales y aleaciones
- Férricas
- Acero bajo en carbono
Esta secuencia que se ha seguido para encontrar el material es la misma que se
seguiría para buscar cualquier otro material, de la misma forma si se buscara un
proceso, con la diferencia de que en el desplegable Table se seleccionaría Universo
Procesos. Otro aspecto importante es que en función del nivel que se selecciona en
Subset, el índice jerárquico será más amplio o menos y por lo tanto es posible que se
tenga que buscar más hasta encontrar el material que se quiere. Por lo tanto, es
importante antes de realizar una búsqueda saber si el material que se pretende
21
encontrar es un material común (Nivel 1 o 2) o se trata de un material poco
convencional o de usos técnicos avanzados (Nivel 2 o 3).
Si se han seguido correctamente las instrucciones de búsqueda para acero bajo en
carbono descritas en la página anterior debería aparecer en pantalla una ficha como la
de la Figura 6.4.
Figura 6.3 - Acero bajo en carbono
22
Tal y como se puede observar en la Figura 6.4, se presenta una descripción del
material en concreto y una serie limitada de diversas propiedades y datos técnicos, en
este caso al estar en nivel 1, se trata de propiedades básicas.
Si se tuviera alguna duda o no se recordara el significado de alguna de las
propiedades descritas (todas aquellas que están en color azul), el programa da la
posibilidad al usuario de refrescar memoria simplemente dando un click encima de la
propiedad en cuestión.
Por ejemplo, si no se recuerda que es el Módulo de Young, simplemente situando el
cursor encima de la propiedad mecánica Módulo de Young (una vez se sitúa encima
se observará como el puntero del ratón cambia y se subraya la propiedad) y clicando
encima se abrirá una ventana como la de la Figura 6.5.
Figura 6.4 - Módulo de Young
23
La Figura 6.5 es sólo una pequeña parte de toda la información que aparecerá en
pantalla sobre la selección, en este caso Módulo de Young.
Por lo tanto se dispone de una información técnica complementaria que se puede
revisar cuando sea necesario, de todas las propiedades descritas en la página del
material o proceso seleccionado.
6.2.2. Uso de la orden Search
Search (Buscar)
Esta orden, conjuntamente con la descrita anteriormente, Browse, son las dos órdenes
que se utilizan para buscar dentro de la base de datos. La diferencia entre esta orden
y la anterior es simple: con esta orden no hay necesidad de buscar en un índice
jerárquico, simplemente se debe introducir el nombre del material, proceso, fabricante
o referencia que se desea y se buscará automáticamente. El menú que se mostrará al
seleccionar esta orden es el siguiente (Figura 6.6).
Como se puede observar en la Figura 6.6 hay dos desplegables, Find what y Look in
table. En el primero se escribirá el motivo de la búsqueda, aquello que se quiere
Figura 5.6 - Menú Search
24
buscar en la base de datos. El segundo desplegable trabaja a modo de filtro, aquí se
selecciona el lugar donde se quiere realizar la búsqueda, a elegir entre:
Fabricantes, Referencias, Universo Materiales, Universo Procesos y <All tables>
(Todas las tablas). Es importante recordar que todos los resultados que se encuentren
serán del nivel en el que se esté en ese momento, es decir, si al iniciar CES EduPack
se ha seleccionado nivel 1, toda la información sobre nuestra búsqueda será
presentada en nivel 1. Veamos un ejemplo:
6.2.2.1. Ejemplo de utilización de la orden Search
Se va a realizar la búsqueda de un proceso de mecanizado, por ejemplo corte por
láser. Para ello tal y como se ha descrito anteriormente se escribirá aquello que se
quiere buscar en el primer desplegable, en este caso “corte por láser”. A continuación
en el segundo desplegable se seleccionará la zona de la base de datos donde se
quiere realizar la búsqueda, en este caso y como se sabe previamente que corte por
láser es un proceso, se seleccionará Universo Procesos. A continuación se hará click
en Find Now y aparecerán abajo los resultados, que en este caso deberían ser los
mostrados en la Figura 6.7.
Figura 6.6 - Resultados búsqueda
25
Como se puede observar han aparecido 4 resultados, entre ellos el que se estaba
buscando. El resto de resultados que aparecen en pantalla han sido mostrados porque
dentro de toda la información que contienen cada uno de ellos aparecen las palabras
corte y laser. Por esta razón, es importante ser preciso a la hora de realizar una
búsqueda concreta ya que de lo contrario aparecerían muchísimos resultados.
Otro aspecto importante a remarcar y ya comentado anteriormente es el de el nivel en
el que se muestra la información de la búsqueda. La información mostrada en pantalla
será siempre del nivel en el que el usuario se encuentre. Si en algún momento se
desea cambiar la información mostrada en pantalla por una más amplia o menos, se
puede hacer cambiando el nivel en la misma ficha del proceso o material que se esté
observando en pantalla, sin necesidad de ir al menú de selección de nivel.
Figura 6.7 - Corte por laser
26
En la parte superior de la Figura 6.8 se dispone de un desplegable denominado
Layout con el cual se puede cambiar el nivel en el que se desea ver la información. En
el caso de este ejemplo se está mostrando la información en nivel 1, por lo tanto si se
quiere una información más amplia simplemente hay que situarse en el desplegable y
seleccionar un nivel superior.
27
7. SELECCIÓN DE MATERIALES CES EDUPACK
Ya se han visto las dos herramientas de búsqueda, Browse y Search, con las cuales
se explora la base de datos del programa y se puede encontrar cualquier contenido
perteneciente a CES EduPack. Ahora se va a analizar a fondo la herramienta más
importante, con la cual se identifica el programa. Se trata de la orden Select.
Select (Seleccionar)
Esta es la herramienta que le da identidad al programa, ya que es la propia de un
software de selección de materiales, la que permite al usuario realizar la selección del
material o proceso que pretende buscar a través de una serie de etapas o filtros de
búsqueda denominados Stages que se verán detalladamente más adelante.
Es importante recordar que para el uso correcto de esta herramienta es necesario
tener unos conocimientos técnicos previos sobre la Ciencia de los Materiales ya que
se va a trabajar con una serie de propiedades técnicas y parámetros que es
importante conocer para que el resultado de la búsqueda sea satisfactorio y no genere
confusión.
A continuación en la Figura 7.1 se puede observar el menú que aparecerá en pantalla
al activar la orden Select.
28
Como se puede observar en la Figura 7.1, el menú está dividido en 3 bloques:
1. Selection Data: Este bloque permite seleccionar la base de datos con la que se
quiere trabajar. Tal y como se muestra en la Figura 7.1, se está en la base de datos
de los niveles 1 y 2. Si se quisiera cambiar la base de datos simplemente se pulsaría
el botón situado en la parte superior derecha Change y se seleccionaría la base de
datos que se quisiera. Una vez seleccionada la base de datos, con el desplegable
Select from, se selecciona la zona de la base de datos de un nivel determinado en la
que se quiere realizar la selección. En el caso de la base de datos para niveles 1 y 2
estas serían las opciones (Figura 7.2).
Figura 7.1 - Menú Select
29
En función de si el objetivo de la búsqueda es un material o un proceso se elegirá una
opción u otra. También hay que tener en cuenta que dependiendo del nivel en el que
se vaya a realizar la selección el abanico de posibilidades será más extenso o menos.
Por lo tanto y como ya se ha mencionado anteriormente, es importante saber situarse
en el nivel adecuado.
2. Selection Stages: Este es el bloque con el cual se aplican los filtros o etapas para
la selección del material o proceso. Se dispone de 3 tipos de Stages (etapas): Graph,
Limit y Tree. Más adelante se verán ejemplos de aplicación detallados de cada una de
ellas.
3. Results: Como su nombre indica éste es el bloque en el que se muestran los
resultados de la selección una vez aplicada la etapa o etapas determinadas. Se tiene
la posibilidad de gestionar los resultados mediante dos desplegables, Show y Rank
by.
Para entender mejor el funcionamiento de estos tres bloques y de todas las opciones
que contienen cada uno de ellos, se van a mostrar más adelante una serie de
ejemplos en los que se trabaje con todas estas órdenes que se han mencionado. Para
ello se mostrará un ejemplo de selección primero aplicando cada una de las etapas
por separado y seguidamente otro en el que se apliquen más de una etapa
simultáneamente para realizar una selección.
Figura 7.2 - Desplegable Select from
30
7.1. Selección a través de la etapa Graph
Veamos cómo se realiza una selección mediante el uso de la etapa Graph. Esta
etapa, como su nombre indica, consiste en la selección de un material o proceso
mediante la gestión de los datos que muestra una gráfica determinada.
Tal y como se verá más adelante en el ejemplo de utilización de la etapa Graph, antes
de generar una gráfica se deben especificar dos atributos, uno para el eje de
ordenadas y otro para el de abscisas. En función de los atributos que se hayan
seleccionado pueden aparecer distintos tipos de gráficas.
7.1.1. Tipos de diagrama
En concreto existen 4 tipos diferentes de diagramas:
Diagrama de burbujas
Diagrama booleano
Diagrama de barras
Diagrama de rangos
31
7.1.1.1. Diagrama de burbujas
Figura 7.3 - Diagrama de burbujas
Éste es el tipo diagrama que se va a presentar con más frecuencia a la hora de
seleccionar un material. En este caso, tal y como se puede ver en la Figura 7.3, se ha
escogido como atributo para el eje de las abscisas la propiedad Modulo de Young, y
Resistencia a tracción como atributo para el eje de ordenadas. Cada una de las
diferentes burbujas representa un material diferente y cada uno de los diferentes
colores una distinta familia.
32
7.1.1.2. Diagrama booleano
Figura 7.4 - Diagrama booleano
Este diagrama se nos presenta cuando escogemos para eje de abscisas y ordenadas
atributos adimensionales, en este caso tal y como se puede apreciar en la Figura 7.4
se han escogido como atributos dos cuestiones. Se trata de un diagrama muy común a
la hora de seleccionar procesos.
33
7.1.1.3. Diagrama de barras
Figura 7.5 - Diagrama de barras
El diagrama de barras se presenta cuando tan sólo se fija un atributo en un único eje
de coordenadas. En la Figura 7.5 se puede ver como se ha fijado un atributo al eje de
ordenadas, densidad, mientras que en el eje de abscisas no se ha fijado ningún
atributo. De la misma forma que se ha atribuido un atributo dimensional también se
podría atribuir uno que no lo fuera, en ese caso la gráfica sería similar a la presentada
en el apartado anterior, diagrama booleano. Cada barra de las que se observan
representa un material y cada color una familia. La longitud de cada una de las barras
depende del rango en que podamos encontrar el atributo seleccionado en ese
material.
34
7.1.1.4. Diagrama de rangos
Figura 7.6 - Diagrama de rangos
Este tipo de diagrama es una combinación del diagrama de barras y el diagrama
booleano. Este diagrama se presenta cuando se fija un atributo dimensional a un eje
de coordenadas y otro adimensional al eje restante. Como se puede observar en la
Figura 7.6, se ha escogido un atributo adimensional para el eje de abscisas, coste
relativo del equipamiento, y para el eje de ordenadas uno dimensional, rango de
masas.
35
7.1.2. Creación de diagramas
Ya se han visto los diferentes tipos de diagrama que se pueden crear en función de los
atributos que se seleccionen. Ahora se va a mostrar de qué forma se crean estos
diagramas.
Para empezar se debe estar situado dentro de la orden Select, y activar la etapa
Graph.
Graph (Gráfico)
Una vez activada la etapa se abrirá una ventana como la mostrada en la Figura 7.7.
Figura 7.7 - Menú etapa Graph
36
Tal y como se puede ver en la Figura 7.7 la ventana dispone de dos pestañas, X-Axis
y Y-Axis, ambas son identicas. En cada una de ellas se dispone de 3 bloques, Axis
Property Definition, Axis Settings y Parameters:
Axis Property Definition: En este bloque se han de especificar las propiedades o
atributos que se quiere fijar a los ejes de coordenadas. Se dispone de dos
desplegables: Category y Attribute. En el primero se selecciona la categoría del
atributo. Estas cambiarán en función de si estamos seleccionando un material o un
determinado proceso. Si se eligiera un material se podría elegir por ejemplo entre:
propiedades generales, propiedades mecánicas, propiedades térmicas, etc. En el
restante se selecciona el atributo teniendo en cuenta que cada categoria tiene sus
atributos correspondientes.
Axis Settings: En este bloque se pueden configurar parámetros como la escala y
distribución del diagrama. Se dispone para ellos de 4 casillas: Logaritmic, Linear,
Autoescale y Set. Los parametros por defecto siempre seran Logaritmic y
Autoescale. También se dispone de un apartado, Axis Title, en el que se puede
introducir un título al eje de coordenadas correspondiente. Por defecto este título
siempre será el nombre del atributo seleccionado en el bloque anterior.
Parameters: En este bloque se pueden modificar valores de parámetros
pertenecientes a un eje. Los valores de los parámetros están establecidos por defecto
y son validos para cualquier tipo de diagrama.
Por lo tanto, para la creación de un diagrama únicamente hay que especificar una
serie de atributos y parametros que se encuentran en los 3 bloques que se han
descrito anteriormente.
7.1.2.1. Opciones Avanzadas
En el apartado anterior se ha visto cómo se fijan una serie de atributos
predeterminados a los ejes de coordenadas. Pero también se tiene la posibilidad de
atribuir a dichos ejes otro tipo de atributos no disponibles en el desplegable
37
correspondiente. Para ello en la Figura 7.7 se puede observar que se dispone de una
opción a la derecha del desplegable Category denominada Advanced.
Si se hace activa esta opción se abrirá una ventana como la mostrada a continuación
(Figura 7.8);
Como se puede apreciar en la Figura 7.8, se dispone de 3 pestañas, Attributes,
Trees, y Constants/Parameters. Los datos mostrados en cada una de las pestañas
cambiarán en función de si se esta seleccionando un material o un proceso. La Figura
7.8 corresponde a la selcción de un material.
Figura 7.8 - Menú Advanced (Attributes)
38
Attributes: Esta pestaña nos permite fijar en un eje de coordenadas operaciones con
los atributos. Para ello, como se puede observar en la Figura 7.8, se dispone de una
serie de signos matemáticos justo encima de las pestañas. Los atributos se introducen
seleccionandolos y clickando la orden Insert, los símbolos matemáticos se
introducirán clickando encima de ellos o con el teclado pulsando la tecla con el mismo
símbolo que aparece en la ventana, también se podrán introducir números con el
teclado si fuese necesario. La lista de atributos de que se dispone se puede filtrar
mediante el desplegable de que se dispone a la izquierda de la orden Insert.
Solamente se podrán formular operaciones con atributos dimensionales y solo una
operación por eje de coordenadas.
Figura 7.9 - Menú Advanced (Trees)
39
Trees: Esta pestaña nos permite fijar a un eje de coordenadas materiales, procesos,
referencias o fabricantes. Para fijar al eje la elección se seleccionará dicha elección y
se clickará en Insert. Al contrario que en la pestaña anterior (Figura 7.8) que solo se
puede introducir una operación por eje, en esta se pueden fijar a un eje varias
selecciones.
Figura 7.10 - Menú Advanced (Constants/Parameters)
40
Constants/Parameters: Esta pestaña (Figura 7.10) es un complemento a la pestaña
Attributes. Se dispone de una serie de parámetros y constantes universales que se
pueden utilizar para añadirlas a la operación formulada en la pestaña Attributes. Al
igual que en las otras pestañas (Figura 7.8 y Figura 7.9), para introducir cualquier
constante o parámetro se seleccionará y se hará click en Insert.
7.1.3. Herramientas de edición y selección de los diagramas
Una vez realizada la creación del diagrama deseado se dispone de una serie de
herramientas para realizar la selección de materiales y para la edición del propio
diagrama. Se van a mostrar dichas órdenes y cada una de las diferentes funciones
que éstas ofrecen.
Figura 7.11 - Diagrama
41
Como se puede observar en la Figura 7.11 se dispone de una serie de herramientas
en la parte superior del diagrama, justo debajo del título. A continuación se van a
describir las más importantes.
1. Properties: Esta herramienta permite volver al menú de creación del diagrama para
realizar cambios en los atributos fijados a los ejes. También permite configurar alguna
de las opciones del diagrama una vez realizada una selección.
Figura 7.13 - Menú Properties (Graph)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Figura 7.12 - Herramientas diagrama
42
Si activamos la herramienta Properties se presentará en pantalla una ventana como
la de la Figura 7.13. Como se puede apreciar se dispone de 3 pestañas. Las dos
últimas son idénticas a las del menú de creación de diagrama de la etapa Graph
(Figura 7.7). La pestaña Stage permite visualizar algunos datos de interés y configurar
algunas opciones. En la parte superior justo debajo del recuadro Notes, se muestran 3
datos:
Record in stage muestra el número de materiales con el que se está trabajando en el
diagrama (en este caso al estar en nivel 2 se dispone de 98 materiales diferentes);
Passing this stage muestra el número de materiales que pasan la selección (en este
caso como no se ha aplicado ninguna herramienta de selección todos los materiales
pasan la etapa). Por último Passing all stages muestra el número de materiales que
pasan todas las etapas de selección, siempre y cuando se hayan aplicado más de
una.
Por otra parte más abajo se dispone de un desplegable denominado Pass when en el
cual tenemos dos opciones: any part within record selection y whole record within
selection. La primera opción establece que aquellos materiales que sean atravesados
por la línea de selección también pasarán la etapa, por otra banda, la opción restante
establece que solo pasarán la etapa aquellos materiales que estén dentro de la zona
de selección y que en ningún caso estén tocando la línea de selección.
El resto de opciones de que se dispone justo debajo del desplegable son opciones de
edición del diagrama que están disponibles también en las herramientas del diagrama
por lo que se describen más adelante.
2. Point-Line Selection: Esta es una herramienta de selección, con ella se puede
introducir una línea que dividirá el diagrama en dos partes y escoger cualquiera de las
dos partes como selección. Simplemente se ha de activar la orden y mantener pulsado
el botón izquierdo del ratón en aquella zona del diagrama que se desee, a
continuación moviendo el ratón se podrá editar la pendiente de la línea creada. Una
vez creada la línea se seleccionará la parte del diagrama que se quiera.
43
Como se puede apreciar en la Figura 7.14 la zona seleccionada se mantiene en color
mientras la zona restante pasa a color gris. También se puede apreciar como se
seleccionan también aquellos materiales que son atravesados por la línea de
selección. Si se quisiera tan solo que se seleccionaran aquellos materiales que están
justo por debajo o encima de la línea de selección se tendría que ir a la orden
Properties y tal y como se ha descrito en dicha orden activar la opción whole record
within selection del desplegable. Una vez activada esta opción el diagrama mostrado
será como el mostrado en la Figura 7.15.
Figura 7.14 - Selección a través de Point-Line Selection
44
Figura 7.15 - Whole record within selection activado
3. Gradient-Line Selection: Ésta es una herramienta de selección idéntica a la
anterior con la diferencia de que en este caso la pendiente no se introduce moviendo
el ratón, sino que la pendiente se introduce numéricamente con el teclado. Una vez se
haya activado la orden aparecerá en pantalla una ventana que pedirá que se
introduzca la pendiente, por defecto está pendiente será siempre de 1. Una vez
introducido el valor de la pendiente se ha de pulsar con el ratón en aquella zona del
diagrama donde se quiere realizar la línea de selección.
4. Box Selection: Esta herramienta de selección permite realizar una selección a
través de un recuadro. Para ello se activa la orden y seguidamente se va a la zona del
diagrama donde se quiere realizar la selección y manteniendo el boton izquierdo del
raton pulsado y moviendo el raton se realiza el recuadro.
45
Figura 7.16 - Selección a través de Box Selection
Como se puede observar en la Figura 7.16 también se nos han seleccionado aquellos
materiales que son atravesados por las líneas de selección del recuadro. Si se desea
que esto no suceda se ha de realizar la operación descrita anteriormente.
5. Delete Selection: Esta herramienta permite limpiar el diagrama de cualquier
selección que se haya realizado y dejarlo en su estado inicial antes de haber aplicado
cualquier tipo de herramienta de selección.
6. Text: Esta herramienta permite realizar anotaciones en el diagrama. Para ello se
debe activar y seguidamente hacer click en la zona del diagrama donde se quiere
realizar la anotación. Automáticamente se generará un cuadro de texto (Figura 7.17)
donde se podrá escribir la anotación.
46
Figura 7.17 - Herramienta Text
7. Zoom in: Esta herramienta permite realizar un zoom en la parte del diagrama
deseada. Se pueden realizar hasta un máximo de 12.
8. Normal Size: Esta herramienta permite volver al tamaño original del diagrama una
vez se han realizado aumentos.
9. Family Envelopes: Esta herramienta genera una burbuja que engloba a todos los
materiales de una misma familia (Figura 7.18).
47
Figura 7.18 - Herramienta Family Envelopes
Tal y como se puede apreciar en la Figura 7.18 se han generado 8 burbujas de
diferente color que corresponden a las 8 familias distintas de materiales de las que se
dispone. Para saber a qué familia corresponde cada color se debe hacer click con el
ratón dentro de la región de la familia en cuestión y manteniendo pulsado el botón del
ratón arrastrar la ventana con el nombre que se generará a la zona del diagrama que
se quiera (Figura 7.19). De igual forma para saber a qué material corresponde cada
burbuja realizaremos exactamente la misma operación, click encima de la burbuja y
sin soltar el botón del ratón arrastrar la ventana con el nombre que se generará a la
parte del diagrama que se desee (Figura 7.19). Para eliminar cualquiera de estas
etiquetas con el nombre que se generan se ha de hacer click encima de una y
seguidamente pulsar la tecla suprimir.
48
Figura 7.19 - Diagrama con nombres
10. Black and White: Esta herramienta permite cambiar el color de todas las burbujas
del diagrama y pasarlas a blanco y negro (Figura 7.20).
49
Figura 7.20 - Herramienta Black and White
11. Hide Failed Records: Esta herramienta permite ocultar todas aquellas burbujas
que no pasan nuestra selección una vez aplicada alguna de las herramientas de
selección descritas anteriormente.
12. Guideline: Esta herramienta genera una serie de líneas de referencia en el
diagrama con una pendiente determinada que se introducirá al activar la orden en una
ventana que aparecerá en pantalla. Por defecto la pendiente será siempre de 1
(Figura 7.21).
50
Figura 7.21 - Herramienta Guideline
7.1.4. Ejemplo de selección a través de la etapa Graph
Ya se han visto todos los tipos de diagrama que se pueden generar en función de los
atributos que se fijen a los ejes y todas las herramientas de edición y selección de las
cuales se dispone. A continuación se va a mostrar un ejemplo en el cual se realizará la
selección de un material mediante esta etapa en concreto.
El ejemplo que se propone es el siguiente:
Se requiere un material con una buena relación precio-límite elástico y precio-
resistencia a la compresión. Es decir, un material con el menor precio posible
que sea lo más elástico y resistente a la compresión posible.
51
Para resolver este problema la etapa Graph es justo la etapa idónea, ya que mediante
la creación de diagramas se podrá observar el universo de materiales en función de
los parámetros descritos en el enunciado. Para esta selección se utilizara la base de
datos de nivel 2.
Para empezar a realizar la selección se activará la etapa Graph y se procederá en
primer lugar a la creación del diagrama precio-límite elástico (Figura 7.22).
Figura 7.22 – Precio - Límite elástico
A continuación mediante la herramienta Box Selection se seleccionará la parte del
diagrama que cumpla mejor la relación descrita por el enunciado (Figura 7.23).
52
Figura 7.23 - Selección del area óptima
Ahora solo falta aplicar la última condición, buena relación precio-resistencia a la
compresión (Figura 7.24).
53
Figura 7.24 - Precio - Resistencia a la compresión
Tal y como se puede observar en la Figura 7.24 solo permanecen en color aquellos
materiales que han pasado la primera etapa de selección. Para finalizar la selección se
utilizará la herramienta Point-Line Selection con el fin de acotar y seleccionar aquellos
materiales con mejor resistencia a la compresión (Figura 7.25).
54
Figura 7.25 - Acotación del diagrama
Una vez aplicadas las dos etapas, se llega a dos posibles soluciones (Figura 7.26):
Figura 7.26 - Soluciones
55
Por lo tanto, los materiales que se adaptan mejor a las condiciones establecidas son
los aceros.
7.2. Selección a través de la etapa Limit
La etapa Limit no contiene diagramas a diferencia de la etapa anterior, el método de
selección es diferente. Pero ambas comparten algo en común, los atributos. En la
etapa Graph se fijaban atributos a los ejes de coordenadas para generar una gráfica,
en esta etapa se dispone de los mismos atributos que en la etapa anterior pero esta
vez es el usuario el que debe dar valor a dichos atributos.
Para empezar a realizar la selección a través de esta etapa se debe estar situado en la
orden Select y activar la etapa Limit.
Limit (Límite)
Una vez activada esta etapa aparecerá un menú similar al mostrado en la Figura 7.27:
Figura 7.27 - Menú Limit
56
En función de si la selección es un material o un proceso, el menú mostrará una serie
de propiedades u otras. La Figura 7.27 corresponde a la selección de un material.
Cada uno de los títulos mostrados en pantalla es un desplegable en el cual se
encuentran todos los parámetros con los que se puede trabajar para realizar la
selección.
Figura 7.28 - Parámetros de selección
57
La Figura 7.28 muestra algunos de los parámetros que pueden intervenir en la
selección del material. No es necesario fijar valores a todos los parámetros, tan solo a
aquellos que vayan a intervenir en la selección. Se dispone de dos tipos de
parámetros, dimensionales y adimensionales. A los atributos dimensionales se les
puede asignar dos valores: un mínimo y un máximo. Todas las soluciones propuestas
una vez aplicada la etapa estarán entre los rangos fijados de los atributos. En caso de
solo asignar un valor al mínimo, el programa interpreta que no hay ningún valor
máximo y que por lo tanto la selección no estará acotada por arriba y seleccionará
todos aquellos materiales con el valor del atributo más grande o igual al asignado. De
lo contrario, si se asigna tan solo el valor máximo el programa interpretara que la
selección no está acotada por abajo y seleccionará todos aquellos materiales con el
valor del atributo más pequeño o igual al asignado. Por otra parte, también se dispone
de atributos adimensionales. A estos atributos no se les fijará un valor, sino que se
marcará una o varias de las opciones que se muestran. Se puede ver un ejemplo en la
Figura 36, es el caso de ¿Conductor térmico o aislante?
7.2.1. Aplicación de la etapa Limit
El método de aplicación de esta etapa consiste en asignar un rango de valores a
aquellos parámetros que van a intervenir en nuestra selección. Por lo tanto es
importante saber el orden dimensional en el cual se mueven los parámetros que van a
intervenir en la selección por tal de asignarle un valor coherente. Para ello el programa
dispone de una ayuda. Como se puede observar en Figura 7.28, justo en la parte
izquierda de la casilla Minimum de todos los atributos dimensionales se dispone de un
icono. Si se pulsa este icono aparecerá en pantalla una ventana en la cual se podrá
apreciar el rango de valores en los cuales se mueve cada una de las distintas familias
de materiales. La Figura 7.29 que se muestra a continuación corresponde a la
ventana que aparece al pulsar dicho icono del parámetro Modulo de Young.
58
Figura 7.29 - Rango Modulo de Young
Una vez se han asignado todos los valores a los parámetros deseados se pulsará el
icono Apply situado en la parte superior de la Figura 7.28 para aplicar la etapa y ver
los resultados. A la derecha de este icono se dispone de otro denominado Clear que
permite al usuario limpiar todas las casillas que se han rellenado con valores y dejar el
menú de selección en su estado inicial. También se dispone de otro icono a la
izquierda del Apply denominado Properties (Figura 7.28).
59
Figura 7.30 - Menú Properties (Limit)
Este menú (Figura 7.30) es similar al de la etapa Graph (Figura 7.13), contiene el
mismo desplegable: Pass when. La función de este desplegable es la misma que en la
etapa anterior, siempre que éste seleccionada la opción any part of record within
selection entrarán dentro de la selección aquellos resultados que sean iguales a los
valores de los rangos fijados a los atributos o estén entre esos rangos. Por otra parte,
si está seleccionada la opción whole record within selection sólo entrarán dentro de la
selección aquellos resultados que estén entre los valores de los rangos fijados a los
atributos y nunca los que sean iguales a dichos valores.
60
7.2.2. Ejemplo de selección a través de la etapa Limit
El ejemplo que se propone para entender mejor el funcionamiento y modo de empleo
de la etapa Limit es el siguiente:
Se requiere un material para fabricar un instrumento musical que cumpla los
siguientes requisitos:
Módulo de Young: 70-90 GPa
Módulo a cortante: ≥40 GPa
Coeficiente de Poisson: ≥0.3
Límite elástico: 100-300 MPa
Resistencia a tracción: ≥500 MPa
Resistencia a compresión: ≥500 MPa
Para resolver este problema es ideal la aplicación de la etapa Limit, ya que se dan una
serie de datos numéricos que únicamente tendremos que introducir en el menú de la
etapa para ver que posible soluciones se proponen. Para ello se utilizará la base de
datos de nivel 2.
61
Figura 7.31 - Datos etapa Limit
Por lo tanto, para resolver el problema se activará la etapa Limit y se introducirán los
datos proporcionados por el enunciado tal y como se muestra en la Figura 7.31. Una
vez introducidos los datos se pulsará el icono Apply para aplicar la etapa.
62
Una vez aplicada la etapa se mostraran los resultados en el listado Results de la parte
izquierda de la pantalla. Tal y como se puede ver en la Figura 7.32, únicamente ha
cumplido con todos los requisitos un solo material de los 98 de la base de datos, el
Latón.
7.3. Selección a través de la etapa Tree
La etapa Tree es una etapa complemento a las otras dos anteriores. Funciona a modo
de filtro y con tan solo ésta no se suelen realizar selecciones. Esta etapa se encarga
de extraer de la base de datos aquello que el usuario desee.
Figura 7.32 - Resultados etapa Limit
63
Al igual que en las otras dos etapas para empezar a realizar la selección a través de
esta etapa se debe estar situado en la orden Select y activar la etapa Tree.
Tree (Árbol)
Una vez activada esta etapa aparecerá un menú similar al mostrado en la Figura 7.33:
Figura 7.33 - Menú Tree
64
Como se puede observar en la Figura 7.33 se dispone de una pestaña denominada
Trees y de un desplegable justo debajo en el cual podemos encontrar los cuatro
grandes grupos de la base de datos: Universo Materiales, Universo Procesos,
Fabricantes y Referencias.
El modo de aplicación de esta etapa consiste en seleccionar cualquiera de las familias,
subfamilias, materiales o procesos del índice jerárquico que se presenta en pantalla y
hacer “click” en Insert. Esta acción se puede realizar las veces que se quiera y
alternándose con cualquiera de los grupos de los que se dispone en el desplegable.
Se observará que las selecciones irán apareciendo en el recuadro Selected record.
Una vez realizada esta operación pulsando el botón OK se aplicara la etapa.
Para entender mejor el funcionamiento y modo de empleo de esta etapa se presenta
un ejemplo a continuación.
7.3.1. Ejemplo de selección a través de la etapa Tree
Tal y como se ha comentado en el apartado anterior esta etapa es un complemento a
las otras dos, por lo tanto aplicando tan solo esta etapa no se llegara casi nunca a una
única solución.
El ejemplo didáctico que se propone para entender mejor el funcionamiento de esta
etapa es el siguiente:
Se quiere realizar la selección de un material con una serie de características
que ha de cumplir y como requisito imprescindible se pide que el material pueda
ser conformado por una fundición a alta presión mediante una colada en molde.
Por lo tanto, se necesita saber qué materiales de la base de datos pueden ser
fundidos a alta presión y colados en un molde. Para ello se utilizará la etapa Tree en la
base de datos de nivel 2.
65
Figura 7.34 - Fundición a alta presión (Tree)
Una vez activada la etapa Tree, tal y como se puede ver en la Figura 7.34, se
seleccionará del desplegable el grupo Universo Procesos y se buscará en el índice
jerárquico el proceso de fundición a alta presión. Una vez seleccionado se hará click
en Insert (aparecerá la selección en el recuadro Selected records) y a continuación en
OK para aplicar la etapa.
66
La Figura 7.35 muestra el menú con las soluciones que aparecerá en pantalla una vez
aplicada la etapa. En la parte izquierda dentro del listado Results se pueden ver las
soluciones propuestas. Se han seleccionado 12 de los 98 materiales de los que
dispone la base de datos de nivel 2. Estos 12 son los cuales pueden ser conformados
mediante fundición a alta presión por colada en molde. En el recuadro central de la
pantalla se dispone de un icono denominado Show que si se pulsa también muestra
los resultados (Figura 7.36).
Figura 7.35 - Soluciones etapa Tree
67
Figura 7.36 - Menú de resultados Show
7.4. Selección a través de la combinación de las tres diferentes
etapas
A lo largo de este manual de usuario se han ido viendo las diferentes funciones y
características de cada una de las etapas para la selección.
A la hora de realizar una selección, hasta ahora, siempre se ha utilizado una única
etapa. Esto no significa que no se pueda realizar una selección combinando las tres
diferentes etapas. Se puede ser más preciso a la hora de realizar la selección si se
conoce perfectamente la función de cada una de las etapas y se es capaz de
interpretar cuales pueden ser más útiles cuando se nos presenta un problema.
A continuación se va a plantear un problema en el que se podrá observar como
combinando las tres diferentes etapas se consigue llegar a una solución de una
manera más rápida y sencilla.
68
7.4.1. Ejemplo de selección a través de la combinación de las tres
diferentes etapas
Se plantea el siguiente problema:
Se pide diseñar el cuadro de una bicicleta de carretera para la alta competición.
Hay que tener en cuenta que el cuadro de esta bici deberá ser lo más ligero
posible ya que los corredores tendrán que subir puertos de montaña y no se
quiere que el peso de la bici sea una lastra.
Antes de empezar con la selección del cuadro para la bici es importante hacerse una
idea de las propiedades que este material deberá tener por tal de que puede soportar
los esfuerzos a los que se verá sometido. Es evidente que el material del cuadro de la
bici será un material lo suficientemente rígido como para no quebrar cuando se monte
en la bici el ciclista. Por otra parte, también es lógico pensar que el cuadro de la bici
será de algún tipo de aleación o compuesto, por lo que se puede descartar cualquier
tipo de polímero o cerámica. Por último también se puede afirmar que el material del
cual se compondrá el cuadro deberá ser un material con un límite elástico elevado ya
que interesa que sea un material fuerte que no se deforme con facilidad.
Una vez realizado este sencillo análisis de las propiedades, se puede proceder a la
selección del material.
En primer lugar, con la ayuda de la etapa Tree se eliminaran del mundo de materiales
los polímeros y los materiales cerámicos (Figura 7.37).
69
Con la aplicación de esta etapa se consigue reducir a la mitad el número de posibles
materiales.
Ahora con la ayuda de la etapa Graph se acotará el Modulo de Young (Figura 7.38).
Figura 7.37 - Etapa Tree
70
Figura 7.38 - Etapa Graph
Como se puede apreciar en la Figura 7.38, se ha escogido un valor para el Modulo de
Young alto por tal de descartar materiales con poca rigidez que no vayan a soportar
los esfuerzos a los que va a estar sometido el cuadro de la bicicleta.
A continuación con la etapa Limit se introducirán valores límite para densidad y límite
elástico (Figura 7.39).
Figura 7.39 - Etapa Limit
71
Aplicando estos límites se ha conseguido acotar la selección ya que se ha impuesto
como condición que la densidad no sea superior a 2000 Kg/m3 y un límite elástico de
cómo mínimo 100 MPa.
Una vez aplicada esta última etapa se puede observar como ya solo quedan 4
materiales en el apartado Results (Figura 7.40).
Estos son los 4 materiales que cumplen todas las condiciones establecidas. Para la
selección de uno de ellos ahora se van a analizar mediante una tabla de resultados las
principales propiedades y el precio de cada uno de ellos.
TABLA DE RESULTADOS
MATERIAL
DENSIDAD
(Kg/m3)
MODULO DE
YOUNG
(GPa)
LÍMITE
ELÁSTICO
(MPa)
PRECIO
(USD/Kg)
Aleaciones de
Magnesio para
forja
1500 - 1950
42 - 47
115 - 410
4,57 – 5,03
Aleaciones de
Magnesio para
fundición
1750 – 1870
42 – 47
70 - 215
4,63 – 5,1
CFRP 1500 – 1600 69 – 150 550 - 1050 19,4 – 21,4
GFRP 1750 - 1970 15 - 28 110 - 192 40,1 – 44,1
Figura 7.41 - Tabla de resultados
Figura 7.40 - Results
72
Las tablas de resultados son interesantes ya que permiten analizar de forma visual y
rápida todas las propiedades indispensables de cada uno de los materiales y facilitan
el análisis.
Como se puede observar en la tabla de resultados el material con mejores
propiedades es el CFRP, ya que es el más ligero de todos y el que posee un Módulo
de Young y Límite Elástico más elevado. Por otra parte el precio quizás sea algo
elevado, pero en el enunciado del problema no se comenta que se tenga que tener en
cuenta el precio en la selección. Así que esta podría ser la solución perfecta. Sin
embargo, en el mundo del diseño es imprescindible tener en cuenta siempre el precio
de las materias primas, por lo que esta quizás no sería la solución más viable. La
aleación de magnesio para forja sería la mejor opción si se tuviera en cuenta el precio
en el diseño del cuadro, ya que cumple todos los requisitos establecidos y el precio es
mucho más económico que el del CFRP.
Si se observan las fichas de ambos materiales se puede verificar que en sus usos
típicos consta la fabricación de bicicletas, por lo que podemos considerar que el
proceso de selección ha sido exitoso.
73
8. DISEÑO DE PRÁCTICAS
A continuación se muestran las 3 prácticas diseñadas para ser solucionadas con el
software CES EduPack. Cada una de ellas está realizada con un nivel diferente siendo
la primera de nivel 1, la siguiente de nivel 2 y la ultima de nivel 3. Éstos son cada uno
de los niveles de CES Edupack con los que tendrá que ser resuelta la práctica.
El nivel de dificultad de las prácticas va subiendo conforme se avanza de nivel,
estando pensadas cada una de ellas para el siguiente grupo de alumnos:
NIVEL 1: Alumno con un nivel de conocimientos básicos sobre la Ciencia de los
Materiales que esté cursando alguna asignatura relacionada con la materia.
NIVEL 2: Alumno con un nivel de conocimientos intermedios sobre la Ciencia de los
Materiales que ya ha cursado al menos una asignatura relacionada con la materia.
NIVEL 3: Alumno con un nivel de conocimientos avanzado sobre la Ciencia de los
Materiales que ya ha cursado varias asignaturas relacionadas con la materia.
Conjuntamente con las prácticas se ha diseñado un tutorial con las funciones básicas
del programa. Este tutorial se incluirá conjuntamente con el enunciado de la práctica.
74
8.1. Tutorial de funcionamiento básico de CES EduPack
Al ejecutar el programa aparecerá una pantalla de selección de nivel como la mostrada
en la Figura 1.
En la Figura 8.1 es donde se seleccionará el nivel en el que queremos realizar la
selección. En el título de la práctica está indicado el nivel en el que se debe realizar. Si
se eligiera un nivel equivocado, éste se podría cambiar sin ningún tipo de problema
con una opción que se verá más adelante.
Una vez escogido el nivel correspondiente aparecerá una pantalla similar a la
mostrada en la Figura 8.2.
Figura 8.1 – Menú de selección de nivel
75
Figura 8.2 - Menú principal
A continuación se describen las principales funciones que se utilizarán.
Como se puede ver en la Figura 8.3, son tres las principales funciones que se
utilizaran en CES EduPack 2010. Las dos primeras, Browse y Search, serán las
ordenes que se utilizarán para explorar la base de datos y realizar búsquedas. Por otra
parte, Select, será la orden que se utilizará siempre que se quiera realizar una
selección de un material o proceso.
Figura 8.3 - Herramientas principales
76
Figura 8.4 - Opciones de selección
En la Figura 8.4 se puede observar la orden comentada anteriormente con la cual se
puede cambiar de nivel cuando se quiera. También se puede observar el desplegable
Select from con el cual se escoge si la selección va ser de un material o de lo contrario
de alguno de los tres procesos disponibles: tratamiento superficial, conformado o
unión.
Una vez seleccionado el motivo de nuestra selección se dispone de 3 etapas
diferentes con las cuales se puede realizar la selección en cuestión (Figura 8.5).
Figura 8.5 - Etapas disponibles
77
A continuación se describe el funcionamiento básico de cada una de ellas:
ETAPA GRAPH
Esta etapa es la que posiblemente más se utilice a la hora de realizar selecciones.
Consiste en la creación de diferentes tipos de diagrama y en la selección a partir de
los diagramas generados.
Una vez activada esta etapa aparecerá un menú como el mostrado en la Figura 8.6.
Como se puede observar en la Figura 8.6 el menú dispone de dos pestañas, una para
cada eje. Ambas pestañas son idénticas y contienen las mismas opciones. Una vez
elegidos los atributos para cada uno de los ejes de coordenadas si se pulsa Aceptar se
generará el diagrama correspondiente.
Figura 8.6 - Menú Graph
78
ETAPA LIMIT
Esta etapa como su nombre indica, consiste en la introducción de límites a los
atributos.
Una vez activada aparecerá un menú como el mostrado en la Figura 8.7.
La Figura 7 corresponde a la etapa Limit para la selección de un material de nivel 2.
En función del nivel y del motivo de la selección (material o proceso), las propiedades
que se observan en la imagen pueden variar. Una vez introducidos los límites en
aquellas propiedades que se deseen se pulsará Apply para aplicar la etapa.
Figura 8.7 - Menú Limit
79
ETAPA TREE
Ésta funciona a modo de filtro y permite acotar la selección sólo a aquellas familias de
materiales o procesos que el usuario desee.
Una vez activada esta etapa aparecerá un menú como el mostrado en la Figura 8.8.
Para realizar la acotación se han de seleccionar aquellas familias o subfamilias que se
desea que formen parte de la selección. Para ello se seleccionará cada una de ellas y
se pulsará Insert. Una vez seleccionadas todas las deseadas se pulsará OK y se
realizará la selección.
Figura 8.8 - Menú Tree
80
Para la selección de un material o proceso se pueden utilizar simultáneamente y
tantas veces como se necesite cualquiera de las tres etapas descritas. Los resultados
que se vayan obteniendo una vez aplicada alguna de las etapas se podrán ir
observando en el apartado Results (Figura 8.9).
Figura 8.9 - Results
Para una descripción más detallada de las diferentes órdenes y funciones que se han
descrito en este pequeño tutorial de utilización, ver el manual de usuario.
81
8.2. Práctica de nivel 1
1. Objetivos
El objetivo de esta práctica es determinar los materiales necesarios para la fabricación
de la suela de unas zapatillas deportivas de alto rendimiento. Esta selección se llevará
a cabo con la ayuda del programa informático CES EduPack 2010.
2. Material
PC
Software CES EduPack 2010
Manual de prácticas
Manual de usuario
82
3. Método
El proceso de selección constará de tres fases bien diferenciadas:
1 – La primera fase consistirá en el análisis de las propiedades indispensables que
deberá cumplir el material para el correcto funcionamiento del mismo.
2 – Una vez se han considerado cuales son las propiedades fundamentales que debe
cumplir el material se pasará a ejecutar el software CES EduPack y a iniciar la
selección.
3 – Finalmente una vez acabada la selección del material con CES EduPack se
pasará a analizar las soluciones propuestas (si es que hay más de una) y a la elección
de la ideal. Se tendrán en cuenta aspectos como los económicos, no directamente
relacionados con la estructura y las propiedades físicas del material.
83
4. Procedimiento del trabajo
A lo largo de la práctica irán utilizando distintos procedimientos de selección, a
continuación se describen y enumeran dichos procedimientos.
PROCEDIMIENTO 1: CREACIÓN DE DIAGRAMAS
1. Para la creación de un diagrama ir a la orden SELECT y activar la etapa
GRAPH. Una vez activada la etapa seleccionar para cada uno de los ejes la
propiedad deseada.
2. Una vez creado el diagrama aplicar cualquiera de las herramientas de
selección disponibles (descritas en el manual de usuario).
PROCEDIMIENTO 2: INTRODUCCIÓN DE LIMITES
Para introducir límites ir a la orden SELECT y activar la etapa LIMIT. Una vez
activada la etapa introducir los límites que se deseen y pulsar APPLY.
PROCEDIMIENTO 3: APLICACIÓN DE FILTRO
Para aplicar un filtro ir a la orden SELECT y activar la etapa TREE. Una vez
dentro seleccionar del índice jerárquico la familia o subfamilia deseada y pulsar
INSERT. Esta operación se repetirá tantas veces como sea necesario. Una vez
finalizada la selección de familias y subfamilias pulsar OK.
84
SELECCIÓN DEL MATERIAL PARA LA SUELA
1. Análisis de propiedades indispensables
Para el correcto funcionamiento de la suela y plantilla de una zapatilla deportiva es
indispensable que esta tenga un buen agarre, buena capacidad de amortiguación y
que sea antideslizante. Estas serán las tres propiedades fundamentales que deberá
cumplir el material seleccionado. Dicho material también deberá tener poca rigidez,
para que al aplicar esfuerzos pequeños el material se deforme, por lo tanto deberá ser
elástico y lo más ligero posible ya que el calzado no debe suponer un esfuerzo extra
a la hora de hacer deporte. El material también deberá tener una buena resistencia a
la fatiga, ya que se espera que las zapatillas sean usadas asiduamente y durante
largos periodos de tiempo. Por último, también se tendrá en cuenta el coeficiente de
expansión térmica, ya que las zapatillas estarán expuestas a todo tipo de
condiciones meteorológicas y la temperatura jugará un papel importante y no interesa
que el material se deforme con el aumento de ésta. Todas estas propiedades que
deberá cumplir el material serán analizadas siempre tiendo en cuenta también el
precio del material que se va a seleccionar.
2. Selección
El material que se busca para la suela deberá cumplir esta serie de requisitos:
Densidad ≤ 1150 kg/m3
Modulo de Young ≤ 0,1 GPa
Limite Elástico ≤ 50 Mpa
Buena resistencia a la fatiga
Precio lo más económico posible
85
a) Representar gráficamente el límite elástico en función del módulo de Young y
realizar la acotación del modulo de Young. (PROCEDIMIENTO 1)
b) ¿Que se consigue con esta restricción?
Respuesta del alumno:
Con esta restricción se consigue eliminar del universo de materiales posibles para
nuestra selección aquellos que tienen un valor elevado del Modulo de Young como
por ejemplo: metales, materiales cerámicos, etc. Esto es importante ya que no
interesan materiales con una rigidez elevada que al aplicar un esfuerzo moderado
no se deformen.
c) ¿De cuantos materiales se dispone una vez aplicada la restricción?
Respuesta del alumno:
Se dispone de 15 materiales de 67 posibles.
86
d) ¿A qué familias pertenecen estos materiales? Adjuntar la gráfica con el nombre
de las familias.
Introducir los límites para densidad y límite elástico enunciados en los requisitos.
(PROCEDIMIENTO 2)
e) ¿Qué materiales han sido eliminados de la selección una vez aplicada la
etapa? Adjuntar la gráfica con el nombre de los materiales en cuestión.
87
f) De los materiales restantes, ¿cuál es el que dispone de un límite elástico más
elevado?
Respuesta del alumno:
El Poliuretano (PU).
g) Representar gráficamente el precio en función de la resistencia a la fatiga y
escoger la zona idónea del diagrama para realizar la selección. Utiliza la
herramienta Box Selection. (PROCEDIMIENTO 1)
h) ¿De cuantos materiales se dispone una vez realizada la selección?
Respuesta del alumno:
De 5.
88
3. Análisis de las soluciones propuestas.
i) ¿Qué material se escogería para la fabricación de la suela de la zapatilla? ¿Por
qué?
Respuesta del alumno:
Escogería el Etil Vinil Acetato (EVA) ya que es el material más económico de los 5
propuestos como solución.
j) Comentar alguna característica interesante del material que se ha escogido y
alguno de sus usos típicos.
Respuesta del alumno:
Tiene buenas propiedades de barrera, poco o ningún olor, pero lo fundamental es
su resistencia a los rayos UV y la aprobación de la FDA para el contacto directo
con alimentos. Su dureza y la flexibilidad se mantienen incluso a bajas
temperaturas y tiene buena resistencia al agrietamiento y a los compuestos
químicos.
Usos típicos: Tubos médicos, envases de leche, dispensadores de cerveza,
bolsas, film retráctil, bolsas de congelación, co-extrusión y laminado de película,
cierres, bandejas de hielo, molduras, guantes, aislamiento de cables, piezas
hinchadles, zapatos deportivos.
89
8.3. Práctica de nivel 2
1. Objetivos
El objetivo de esta práctica es determinar el material más idóneo para la elaboración
de las patas de una mesa de sección circular constante y maciza. Estas patas deberán
soportar una fuerza de compresión “F” sin llegar a pandear.
Los objetivos a cumplir son dos: minimizar el peso y maximizar la esbeltez (mínima
sección). Se considerará la reducción de peso como factor prioritario y se tendrá en
cuenta el coste a la hora de realizar la selección.
Se utilizará el método de Ashby de los índices de rendimiento para realizar la
selección.
2. Material
PC
Software CES EduPack 2010
Manual de prácticas
Manual de usuario
90
3. Método
El proceso de selección constará de tres fases bien diferenciadas:
1 – La primera fase consistirá en el análisis de las propiedades indispensables que
deberá cumplir el material para el correcto funcionamiento del mismo.
2 – Una vez se han considerado cuales son las propiedades fundamentales que debe
cumplir el material se pasará a ejecutar el software CES EduPack 2010 y a iniciar la
selección.
3 – Finalmente una vez acabada la selección del material con CES EduPack 2010 se
pasará a analizar las soluciones propuestas (si es que hay más de una) y a la elección
de la ideal. Se tendrán en cuenta aspectos como los económicos, no directamente
relacionados con la estructura y las propiedades físicas del material.
91
4. Procedimiento del trabajo
A lo largo de la práctica irás utilizando distintos procedimientos de selección, a
continuación los tienes descritos y enumerados.
PROCEDIMIENTO 1: CREACIÓN DE DIAGRAMAS
3. Para la creación de un diagrama ir a la orden SELECT y activar la etapa
GRAPH. Una vez activada la etapa seleccionar para cada uno de los ejes la
propiedad deseada.
4. Una vez creado el diagrama aplicar cualquiera de las herramientas de
selección disponibles (descritas en el manual de usuario).
PROCEDIMIENTO 2: INTRODUCCIÓN DE LIMITES
Para introducir límites ir a la orden SELECT y activar la etapa LIMIT. Una vez
activada la etapa introducir los límites que se deseen y pulsar APPLY.
PROCEDIMIENTO 3: APLICACIÓN DE FILTRO
Para aplicar un filtro ir a la orden SELECT y activar la etapa TREE. Una vez
dentro seleccionar del índice jerárquico la familia o subfamilia deseada y pulsar
INSERT. Esta operación se repetirá tantas veces como sea necesario. Una vez
finalizada la selección de familias y subfamilias pulsar OK.
92
SELECCIÓN DEL MATERIAL PARA LAS PATAS DE LA MESA
1. Análisis de propiedades indispensables
El material seleccionado para la fabricación de las patas de una mesa con las
condiciones que se han descrito en los objetivos debe ser un material lo
suficientemente rígido como para soportar la fuerza de compresión “F” y no generar
pandeo. Este material también deberá ser lo más ligero posible y con una tenacidad
moderada que nos garantice que la pata no se vaya a fracturar al darle un golpe. Por
otra parte también hay que tener en cuenta el hecho de que encima de la mesa se
pondrán recipiente con fluidos, por lo tanto es importante que si en caso de accidente
estos líquidos se vertieran encima de la pata, los materiales de esta no se vieran
afectados por este suceso, por lo tanto también se considerará una resistencia a la
corrosión moderada.
2. Selección
Método de Ashby:
Antes de empezar propiamente con la selección se va hacer una breve introducción a
los parámetros de rendimiento de Ashby.
El parámetro de rendimiento, p, de un componente se mide por una ecuación de
rendimiento. Esta ecuación contiene grupos de propiedades de los materiales. Estos
grupos son los índices del material. A veces el «grupo» es una única propiedad, por lo
que si el rendimiento de una viga se mide por su rigidez, la ecuación de diseño
contiene una sola propiedad, el módulo de elasticidad E. Este es uno de los índices de
material para este problema. Normalmente la ecuación de diseño contiene un grupo de
dos o más propiedades.
Ejemplos conocidos son la rigidez específica, E/ρ, y la resistencia específica, σ/ρ
(donde E es el módulo de Young, y σ es el límite elástico, y ρ es la densidad), pero hay
muchos otros. Ellos son la clave para la selección óptima de los materiales.
Cada parámetro de rendimiento tiene diferentes funciones: para llevar cargas de forma
segura, para transmitir calor, para almacenar energía, aislar, y así sucesivamente.
93
Cada función tiene un índice de los materiales asociados. Los materiales con altos
valores del índice apropiado maximizan ese aspecto de rendimiento en el componente.
El índice del material, por norma general, es independiente de los detalles del diseño.
Para realizar una selección utilizando los índices descritos, estos deben ser
introducidos en forma de pendiente en los mapas de materiales.
En el apéndice de esta práctica se adjuntan una serie de tablas con los índices de
rendimiento más utilizados en los procesos de selección. Estas tablas son necesarias
para la ejecución de la práctica.
La pata de la mesa es una columna delgada de material de densidad ρ y de módulo
elástico E. Su longitud, , y la carga máxima, P, que debe soportar son determinados
por el diseño: son variables fijas. El radio r de una pata es una variable libre.
Queremos reducir al mínimo la masa m de la pata, a cargo de la siguiente función
objetivo.
Donde:
m = masa (Kg) r = Radio (m)
V = Volumen (m3) l = Longitud (m)
ρ = Densidad (Kg/m3)
94
a) Determinar de forma algebraica cuál es la masa mínima de la pata de la mesa
sabiendo que tiene que soportar una carga critica
y que el
momento de inercia de una columna es
. Una vez obtenida la ecuación,
simplificar al máximo y agrupar las propiedades del material para obtener el
índice del material.
Ayuda: Recordar que el radio de la sección de la pata de la mesa es la
variable libre, por lo tanto se deberá substituir esta variable en la función
objetivo.
Respuesta del alumno:
Substituyendo el momento de inercia en la carga crítica se obtiene:
Aislando la variable libre r de la ecuación se obtiene:
Substituimos en la función objetivo:
95
Operando la raíz se obtiene:
Operando las potencias y simplificando se obtiene:
Para finalizar se agrupan las propiedades del material para obtener el índice
del material (corchetes):
b) Determina el índice de rendimiento adecuado para masa mínima con la ayuda
de las tablas adjuntadas en el apéndice.
Respuesta del alumno:
Tabla B1 (rigidez limitada a la masa)
Esfuerzo de compresión, incumplimiento del pandeo:
96
c) Determinar el índice de material adecuado para maximizar la esbeltez de la
pata de la mesa.
Ayuda: Recordar que la condición que asegura una esbeltez máxima es una
sección mínima, por lo tanto esta vez la función objetivo será r.
Respuesta del alumno:
Partiendo de la ecuación [2] operando la raíz se obtiene:
Simplificando y agrupando las propiedades del material para obtener el índice
de material (corchetes) se obtiene:
d) Como podrás observar el índice de material en la función r depende
únicamente de una propiedad, al contrario que en la función . Sabiendo esto
determina cual será el índice de rendimiento para maximizar la esbeltez.
Respuesta del alumno:
El índice de rendimiento será E ya que en el índice de material solo está
formado por esta variable. Cuanto más grande sea el Modulo de Young más
pequeño será el radio y por lo tanto más esbelta la pata de la mesa.
97
e) Representar gráficamente el Modulo de Young en función de la densidad e
introducir el índice de rendimiento para masa mínima. (PROCEDIMIENTO 1).
Ayuda: Para introducir el índice de rendimiento utilizar la herramienta Guideline
e introducir la pendiente correspondiente al índice. Seguidamente utilizar la
herramienta Point-Line Selection para realizar la selección en el lugar idóneo.
Para introducir la pendiente tomar como valores E = 1250 Gpa y = 24,5
Mg/m3.
Respuesta del alumno:
98
f) Representar gráficamente otra vez el Modulo de Young en función de la
densidad pero esta vez introducir el índice de rendimiento para esbeltez
máxima. Utilizar la herramienta Point-Line Selection (PROCEDIMIENTO 1).
99
g) Representar gráficamente el Modulo de Young en función del precio y realizar
la acotación del precio a un valor razonable. Utilizar la herramienta Point-Line
Selection (PROCEDIMIENTO 1).
100
h) Finalmente representar la densidad en función del precio y realizar la selección
que se ajuste más a los requisitos establecidos. Utilizar cualquiera de las
herramientas para hacer la selección. (PROCEDIMIENTO 1).
101
3. Análisis de las soluciones propuestas
i) ¿Qué resultados as obtenido?
Respuesta del alumno:
Bambú, Contrachapado, Madera blanda y Madera dura.
j) ¿A qué crees que se deben estos resultados?
Respuesta del alumno:
Los resultados obtenidos son lógicos, ya que se trata de una pata de sección
constante y maciza y por lo tanto si queremos cumplir el objetivo de minimizar
el peso al máximo es comprensible que se hayan descartado materiales
metálicos ligeros. Si la pata, por lo contrario, hubiese sido de sección hueca es
lógico pensar que los materiales seleccionados no hubieses sido maderas.
k) Haz una tabla en la que se muestren los resultados obtenidos y las
propiedades imprescindibles que deben cumplir (Modulo de Young, densidad y
precio). Seguidamente realiza una elección y comenta los motivos y alguna de
las propiedades del material elegido.
Respuesta del alumno:
Material Modulo de
Young (GPa)
Densidad
(Kg/m3)
Precio
(USD/Kg)
Bambú 15 - 20 600 – 800 1.44 – 2.17
Contrachapado 6.9 – 13 700 – 800 0.32 – 1.01
Madera Blanda 8.4 – 10.3 440 - 600 0.722 – 1.44
Madera Dura 20.6 – 25.2 850 - 1030 0.53 – 1.01
Mi elección es la madera blanda, ya que es el material más ligero de todos y como
objetivo prioritario hay que tener primero en cuenta el peso. Posee la rigidez necesaria
para soportar los esfuerzos de compresión de la mesa y el precio es asequible.
102
En cuanto a sus propiedades más importantes decir que es ligera, y en dirección
paralela a la fibra, es dura, tenaz y resistente (tan buena, por unidad de peso, como
cualquier otro material artificial, excepto el CFRP). Es barata, renovable, y la energía
de combustibles fósiles necesaria para cultivar y cosechar la madera es baja por
cuanto la capta del sol durante su crecimiento. Es fácil de mecanizar, tallar y se unir, y
(en forma de laminado) puede ser moldeada a formas complejas. Es estéticamente
agradable, cálida (tanto en el color como tacto) y conlleva asociaciones de artesanía y
calidad.
103
APÉNDICE
Rigidez de diseño limitada a la mínima masa:
104
Fuerza de diseño limitada a la masa mínima:
105
Fuerza de diseño limitada:
106
Vibración de diseño limitada:
107
8.4. Práctica de nivel 3
1. Objetivos
El objetivo de esta práctica es determinar el material ideal para la fabricación de un
portaequipajes de coche. Se intentará que el material sea lo más económico posible y
que cumpla con toda la serie de requisitos mecánicos necesarios que garanticen el
buen funcionamiento del elemento en cuestión.
2. Material
PC
Software CES EduPack 2010
Manual de prácticas
Manual de usuario
108
3. Método
El proceso de selección constará de tres fases bien diferenciadas:
1 – La primera fase consistirá en el análisis de las propiedades indispensables que
deberá cumplir el material para el correcto funcionamiento del mismo.
2 – Una vez se han considerado cuales son las propiedades fundamentales que debe
cumplir el material se pasará a ejecutar el software CES EduPack 2010 y a iniciar la
selección.
3 – Finalmente una vez acabada la selección del material con CES EduPack 2010 se
pasará a analizar las soluciones propuestas (si es que hay más de una) y a la elección
de la ideal. Se tendrán en cuenta aspectos como los económicos, no directamente
relacionados con la estructura y las propiedades físicas del material.
109
4. Procedimiento del trabajo
A lo largo de la práctica irás utilizando distintos procedimientos de selección, a
continuación los tienes descritos y enumerados.
PROCEDIMIENTO 1: CREACIÓN DE DIAGRAMAS
5. Para la creación de un diagrama ir a la orden SELECT y activar la etapa
GRAPH. Una vez activada la etapa seleccionar para cada uno de los ejes la
propiedad deseada.
6. Una vez creado el diagrama aplicar cualquiera de las herramientas de
selección disponibles (descritas en el manual de usuario).
PROCEDIMIENTO 2: INTRODUCCIÓN DE LIMITES
Para introducir límites ir a la orden SELECT y activar la etapa LIMIT. Una vez
activada la etapa introducir los límites que se deseen y pulsar APPLY.
PROCEDIMIENTO 3: APLICACIÓN DE FILTRO
Para aplicar un filtro ir a la orden SELECT y activar la etapa TREE. Una vez
dentro seleccionar del índice jerárquico la familia o subfamilia deseada y pulsar
INSERT. Esta operación se repetirá tantas veces como sea necesario. Una vez
finalizada la selección de familias y subfamilias pulsar OK.
110
SELECCIÓN DEL MATERIAL PARA EL PORTAEQUIPAJES
1. Análisis de propiedades indispensables
El material del que se fabrique el portaequipajes deberá ser un material con una buena
tenacidad, ya que la calzada por la que circulan los coches puede contener piedras o
suciedad que puede salir despedida con la circulación de otros coches e impactar en
el portaequipajes. Por otra parte también es necesario que el material sea rígido,
fuerte y con una buena resistencia a la fatiga, ya que estará sometido a los
esfuerzos generados por el impacto del viento al circular y es imprescindible que éste
no se deforme con facilidad. Además, el material utilizado deberá tener una buena
resistencia al agua de lluvia y a altas y bajas temperaturas meteorológicas.
2. Selección
a) Aplicar un filtro utilizando la etapa Tree y escoger qué familias de materiales
entrarán dentro de la selección y cuáles no lo harán. Enuméralas y justifica tu
respuesta (PROCEDIMIENTO 3).
Respuesta del alumno:
Familias de materiales que entran en la selección: Polímeros, Metales y
aleaciones y Híbridos.
Familias de materiales que no entran en la selección: Cerámicas y vidrios.
He descartado las cerámicas y vidrios para realizar la selección ya que son
materiales con una fragilidad elevada y pesados. Por lo tanto, no se adaptan a
las características indispensables que debe cumplir el material del
portaequipajes.
111
b) Representar gráficamente el Modulo de Young en función de la densidad y
realizar la acotación para densidad. (PROCEDIMIENTO 1).
Ayuda: Densidad ligeramente superior a la del agua.
c) Introducir límites para Límite elástico, Máxima temperatura de servicio, Mínima
temperatura de servicio y resistencia al agua (PROCEDIMIENTO 2).
Respuesta del alumno:
Límite elástico: ≥ 10 MPa
Máxima temperatura de servicio: ≥ 50 ºC
Mínima temperatura de servicio: ≤ -30 ºC
Resistencia al agua: Excelente
112
d) Representar gráficamente la tenacidad a la fractura en función del precio y
realizar la acotación de la resistencia a la fractura (PROCEDIMIENTO 1).
Ayuda: En el apéndice puedes encontrar teoría acerca de la fractura en
materiales que te ayudara a entender mejor este concepto.
113
e) Representar gráficamente el coeficiente de expansión térmico en función del
precio y realizar la acotación para dicho coeficiente (PROCEDIMIENTO 1).
Ayuda: Interesa que el coeficiente sea lo más bajo posible.
114
f) Finalmente representar gráficamente la resistencia a la fatiga en función del
precio y realizar la acotación en el lugar idóneo del diagrama
(PROCEDIMIENTO 1).
115
3. Análisis de las soluciones propuestas
g) ¿Qué resultados as obtenido? Enumera los 5 más baratos.
Respuesta del alumno:
ABS, Hard rubber, Epoxy resin, PE-HD y PC
h) Con la ayuda de una tabla de resultados compara los 5 materiales del apartado
anterior en función de su precio, densidad y tenacidad a la fractura.
Respuesta del alumno:
Material
Precio
(USD/Kg)
Densidad
(Kg/m3)
Tenacidad a la
fractura
(MPa · m0,5)
ABS 1.98 – 2.42 1030 – 1060 1.46 – 4.29
Hard rubber 2.13 – 2.34 1080 – 1280 2.96 – 3.51
Epoxy resin 2.67 – 2.94 960 – 1350 2.1 – 3.2
PE-HD 3.2 – 3.52 1090 – 1180 1.72 – 4.61
PC 3.65 – 4.01 1140 - 1180 3.83 – 4.6
i) ¿Qué material escogerías para fabricar el portaequipajes? ¿Por qué?
Respuesta del alumno:
Escogería el ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) ya que es el material que reúne
unas propiedades más completas y además es más económico.
116
j) Verificar que el material escogido es utilizado para la fabricación de
componentes para coches (portaequipajes) o aplicaciones similares.
Ayuda: Puedes utilizar la ficha del material para verificar tu selección de
material o buscar información en Internet.
Respuesta del alumno:
En la ficha técnica del material, entre sus usos más comunes se encuentran la
fabricación de cascos de seguridad, paneles e instrumentos para el interior del
coche, rejillas de ventilación para coche y tapacubos para ruedas de coche.
Por lo tanto, podemos ver como es un material bastante utilizado en el mundo
de la automoción y en aplicaciones muy similares al portaequipajes como
podrían ser un casco o unos tapacubos.
Si ampliamos la búsqueda en Internet y buscamos en la web de algún
fabricante (http://www.ultraplast.eu/es/eshop/), nos encontramos con que el
material utilizado para la fabricación de los portaequipajes es efectivamente el
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), por lo que podemos considerar que la
selección ha sido un éxito.
117
FICHA TÉCNICA ABS (medium-impact, injection molding) General properties Designation
Acrylonitrile Butadiene Styrene (Medium-impact, Injection Molding) Density 1.03e3 - 1.06e3 kg/m^3 Price 1.98 - 2.42 USD/kg Tradenames
Abelac; Abifor; Abstron; Absylux; Acstyr; Akmaril; Alcom; Anjalin; Aplax; Arradur; Astalac; Athpol; Aurocril; Bapolan; Bulksam; Certene; Cevian; Claradex; Collimate; Compolac; Cycoele; Cycogel; Cycolac; Dafnelac; Denisab; Diapet; Diastat; Dynacom; Endura; Ensidur; Espree; Estadiene; Excelloy; Faradex; Farralloy; Fiberfil; Forsan; Hanalac; Highlac; Hiloy; Hylac; Isolac; Isopak; Kane Ace; Kapstone; Kralastic; Lastilac; Lupros; Lustran; Lustropak; Magnum; Nevies; Nilac; Novodur; Osstyrol; Palran; Perlac; Permastat; Plasfil; Polidux; POLYabs; Polyfabs; Polyflam; Polylac; Polyman; Porene; Pre-Elec; Remex; Retain; Ronfalin; Rotec; Santac; Senosan; Seracril; Shinko-lac; Sicoflex; Sinkral; Starex; Stylac; Superex; Tairilac; Taitalac; Tarodur; Tecaran; Techno; Tekral; Terblend; Terez; Terluran; Tomax; Toyolac; Toyolacparel; Triax; Tufbaria; Tynab; UclAxs; Ultrastyr; Umastyr; Unibrite; Vampsab; Whistatt
Composition overview Composition (summary) Block terpolymer of acrylonitrile (15-35%), butadiene (5-30%), and styrene (40-60%). Base Polymer Polymer class Thermoplastic : amorphous Polymer type ABS Polymer type full name Acrylonitrile butadiene styrene % filler (by weight) 0 % Filler type Unfilled
Composition detail Polymer 100 %
Mechanical properties Young's modulus 2.07 - 2.76 GPa Compressive modulus 1.38 - 3.09 GPa Flexural modulus 2.13 - 2.75 GPa Shear modulus * 0.74 - 0.987 GPa Bulk modulus * 3.84 - 4.03 GPa Poisson's ratio * 0.391 - 0.407 Shape factor 5.8 Yield strength (elastic limit) 34.5 - 49.6 MPa Tensile strength 37.9 - 51.7 MPa Compressive strength 39.2 - 86.2 MPa Flexural strength (modulus of rupture) 49 - 89.6 MPa Elongation 5 - 60 % strain Hardness - Vickers * 10.4 - 14.9 HV Hardness - Rockwell M * 68 - 74 Hardness - Rockwell R 102 - 115 Fatigue strength at 10^7 cycles * 15.2 - 20.7 MPa Fracture toughness * 1.46 - 4.29 MPa.m^0.5 Mechanical loss coefficient (tan delta) * 0.0145 - 0.0193
Impact properties Impact strength, notched 23 °C 12.2 - 28 kJ/m^2
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Impact strength, notched -30 °C 5.44 - 12.1 kJ/m^2 Impact strength, unnotched 23 °C 108 - 200 kJ/m^2 Impact strength, unnotched -30 °C 66.7 - 200 kJ/m^2
Thermal properties Glass temperature 102 - 115 °C Heat deflection temperature 0.45MPa 102 - 107 °C Heat deflection temperature 1.8MPa 90 - 104 °C Maximum service temperature 63 - 77 °C Minimum service temperature -45 - -35 °C Thermal conductivity * 0.253 - 0.263 W/m.°C Specific heat capacity * 1.69e3 - 1.76e3 J/kg.°C Thermal expansion coefficient 74 - 123 µstrain/°C
Processing properties Linear mold shrinkage 0.4 - 0.9 % Melt temperature 159 - 274 °C Mold temperature 50 - 70 °C Molding pressure range 55 - 172 MPa
Electrical properties Electrical resistivity 3.3e21 - 3e22 µohm.cm Dielectric constant (relative permittivity) 2.8 - 3.2 Dissipation factor (dielectric loss tangent) 0.003 - 0.006 Dielectric strength (dielectric breakdown) 13.8 - 19.7 MV/m Comparative tracking index 400 - 600 V
Optical properties Transparency Opaque
Absorption, permeability Water absorption @ 24 hrs 0.2 - 0.45 % Water vapor transmission 2.04 - 3.2 g.mm/m².day Permeability (O2) 47.3 - 78.5 cm³.mm/m².day.atm
Durability: flammability Flammability Highly flammable
Durability: fluids and sunlight Water (fresh) Excellent Water (salt) Excellent Weak acids Excellent Strong acids Limited use Weak alkalis Acceptable Strong alkalis Excellent Organic solvents Unacceptable UV radiation (sunlight) Poor Oxidation at 500C Unacceptable
Primary material production: energy, CO2 and water Embodied energy, primary production * 86.6 - 95.7 MJ/kg CO2 footprint, primary production * 2.88 - 3.18 kg/kg Water usage * 185 - 205 l/kg
Material processing: energy Polymer molding energy * 24 - 26.5 MJ/kg Polymer extrusion energy * 8.71 - 9.6 MJ/kg Polymer machining energy (per unit wt removed) * 2.01 - 2.23 MJ/kg
Material processing: CO2 footprint Polymer molding CO2 * 1.92 - 2.12 kg/kg Polymer extrusion CO2 0.697 kg/kg
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Polymer machining CO2 (per unit wt removed) * 0.161 - 0.178 kg/kg
Material recycling: energy, CO2 and recycle fraction Recycle True Embodied energy, recycling * 52.5 - 53.1 MJ/kg CO2 footprint, recycling * 1.57 - 1.59 kg/kg Recycle fraction in current supply 3.8 - 4.2 % Downcycle True Combust for energy recovery True Heat of combustion (net) * 37.6 - 39.5 MJ/kg Combustion CO2 * 3.06 - 3.22 kg/kg Landfill True Biodegrade False A renewable resource? False
Notes Typical uses Safety helmets; camper tops; automotive instrument panels and other interior components; pipe fittings; home-security devices and housings for small appliances; communications equipment; business machines; plumbing hardware; automobile grilles; wheel covers; mirror housings; refrigerator liners; luggage shells; tote trays; mower shrouds; boat hulls; large components for recreational vehicles; weather seals; glass beading; refrigerator breaker strips; conduit; pipe for drain-waste-vent (DWV) systems.
Links ProcessUniverse
Producers Reference Shape No warranty is given for the accuracy of this data. Values marked * are estimates.
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APÉNDICE
TENACIDAD DE FRACTURA
La tenacidad de fractura, KIC, está definida como la resistencia del material a la
propagación inestable de grietas. Este parámetro debe evaluarse de acuerdo con la
norma ASTM E-399, garantizando un estado de deformación plana por delante de la
punta de la grieta, lo cual produce una zona plástica pequeña y por tanto cumple con
los supuestos de la Mecánica de Fractura Elástico-Lineal (mfel).
La norma citada propone varios tipos de probetas, entre las cuales las más utilizadas
son la compacta de tracción (ct) y la de flexión (senb), cuyas geometrías deben
cumplir las relaciones B/W= 0.5 y 0.45<a/W< 0.55 (figura 1).
Con el objetivo de generar una grieta aguda, se somete la probeta entallada a
solicitaciones cíclicas y, una vez prefisurada, se ensaya a tracción o a flexión,
registrándose la carga (P) en función de la abertura de la grieta medida en la boca de
la entalla (Crack Opening Displacement, cod) mediante un extensómetro, como se ilustra
en la figura 2.
121
La entalla debe ser suficientemente aguda para asegurar que la grieta se pueda
nuclear con cargas de fatiga relativamente bajas, y la extensión de la fisura inducida
debe ser convenientemente grande para evitar la posible influencia del campo de
tensiones asociado a la entalla macroscópica. Se debe asegurar también un frente de
grieta recto.
APLICACIÓN DE LA TENACIDAD DE FRACTURA AL DISEÑO
La tenacidad de fractura es la propiedad del material que, combinada con la tensión de
diseño y el tamaño del defecto fisura existente en el componente, controla su
comportamiento a fractura. Así, el criterio de fractura dado por
puede ser utilizado con el objetivo de prevenir la rotura del componente de acuerdo
con diversas directrices: selección del material (tenacidad), solicitación mecánica y
dimensiones mínimas del componente (esfuerzo de diseño) o detección de defectos y
mantenimiento o reparación (tamaño de fisura).
122
Es importante destacar la tendencia de la tenacidad de fractura, y del tamaño máximo
tolerable de fisura, que disminuye significativamente a medida que se aumenta el
límite elástico del material. Dicha observación implica que la precaución en el diseño
debería ser cada vez mayor en la medida en que los materiales por emplear exhiban
progresivamente una mayor resistencia mecánica.
TENACIDAD EN MATERIALES INGENIERILES
123
9. PÚBLICO OBJETIVO (TARGET)
Las prácticas diseñadas y elaboradas en este proyecto van destinadas a una serie de
asignaturas de los grados de ingeniería mecánica y diseño industrial y desarrollo del
producto. A los grados de ingeniería eléctrica e ingeniería electrónica industrial y
automática, únicamente se les asignará una práctica ya que en todo el plan de
estudios de dichos grados tan solo figura una asignatura relacionada con la Ciencia de
Materiales (CIMA). En función de la dificultad de las prácticas, éstas serán asignadas
a una asignatura u otra, siendo las asignaturas de los primeros cuatrimestres a las que
se les asignan las prácticas de menor dificultad y a los de cuatrimestres posteriores las
de mayor dificultad.
9.1. Grado en Ingeniería Mecánica
9.1.1. Asignaturas troncales
Ciencia de Materiales (CIMA)
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 1
Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a
las que contribuye la asignatura:
Figura 9.1 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado Mecánica)
124
1. CE 9. Conocimiento de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de
materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y
las propiedades de los materiales.
2. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de
materiales
3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas
dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada
tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información
indicadas.
4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y
redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo
adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
Materiales estructurales (MAES)
Figura 9.2 - Asignaturas cuatrimestre 5 (Grado Mecánica)
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 2
Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a
las que contribuye la asignatura:
125
1. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de
materiales
2. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas
dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada
tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información
indicadas.
3. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y
redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo
adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
9.1.2. Asignaturas optativas
Ingeniería de superficies (ENSU)
Materiales y procesos avanzados de fabricación (MPAF)
Figura 9.3 - Asignaturas cuatrimestre 7 (Grado Mecánica)
126
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 3
Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a
las que contribuye la asignatura:
1. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de
materiales
2. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y
redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo
adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas
dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada
tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información
indicadas.
9.2. Grado en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto
9.2.1. Asignaturas troncales
Ciencia de Materiales (CIMA)
Figura 9.5 - Asignaturas cuatrimestre 4 (Grado Diseño)
127
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 1
Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a
las que contribuye la asignatura:
1. CE 9. Conocimiento de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de
materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y
las propiedades de los materiales.
2. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de
materiales
3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas
dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada
tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información
indicadas.
4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y
redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo
adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
Procesos de fabricación (PRFA)
Figura 9.6 - Asignaturas cuatrimestre 5 (Grado Diseño)
128
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 2
Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a
las que contribuye la asignatura:
1. D 52. Capacidad para seleccionar, diseñar y optimizar los procesos de fabricación
más adecuados en función del diseño, material, uso de la pieza e impacto ambiental.
2. D 53. Capacidad para asociar las posibilidades de diseño a cada proceso de
fabricación
3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas
dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada
tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información
indicadas.4.
4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y
redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo
adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
9.2.2. Asignaturas optativas
Selección de materiales para la automoción (SEMA)
Prevención de fallidas de componentes en servicio (PFCE)
Diseño y prototipo de moldes y matrices (DPMM)
129
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 3
Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a
las que contribuye la asignatura:
Figura 9.7 - Asignaturas cuatrimestre 7 (Grado Diseño)
130
1. D 10. Conocimientos de los principios de ciencia y tecnología de materiales para la
selección de los materiales y sus procesos, y su repercusión en el diseño, rediseño y
desarrollo de los productos.
2. D 52. Capacidad para seleccionar, diseñar y optimizar los procesos de fabricación
más adecuados en función del diseño, material, uso de la pieza e impacto ambiental.
3. D 53. Capacidad para asociar las posibilidades de diseño a cada proceso de
fabricación
4. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas
dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada
tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información
indicadas.4.
5. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y
redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo
adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
9.3 Grado en Ingeniería Eléctrica
9.3.1 Asignaturas troncales
Ciencia de Materiales (CIMA)
Figura 9.8 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado electricidad)
131
PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 1
Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a
las que contribuye la asignatura:
1. CE 9. Conocimiento de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de
materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y
las propiedades de los materiales.
2. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de
materiales
3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas
dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada
tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información
indicadas.
4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y
redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo
adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
9.4. Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
9.4.1 Asignaturas troncales
Ciencia de Materiales (CIMA)
Figura 9.9 - Asignaturas cuatrimestre 3 (Grado electrónica y automática)
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PRÁCTICA RECOMENDADA: Nivel 1
Con la ejecución de la práctica, los alumnos trabajarán las siguientes competencias a
las que contribuye la asignatura:
1. CE 9. Conocimiento de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de
materiales. Comprender la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y
las propiedades de los materiales.
2. CE 25. Conocimientos y capacidades para la aplicación de la ingeniería de
materiales
3. CG 7. Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas
dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada
tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información
indicadas.
4. CG 4. Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y
redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo
adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical.
133
10. BIBLIOGRAFÍA
[1] MICHAEL ASHBY, HUGH SHERCLIFF, DAVID CEBON. “Materials: Engineering
science processing and design 1/2”. Ed. ELSEVIER, Oxford, 2007.
[2] MICHAEL ASHBY, HUGH SHERCLIFF, DAVID CEBON. “Materials: Engineering
science processing and design 2/2”. Ed. ELSEVIER, Oxford, 2007.
[3] M. F. ASHBY. “Materials Selection in Mechanical Design”. Ed. Pergamon Press,
Oxford, 1993.
[4] WILLIAM F. SMITH. “Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales”. Ed.
McGraw-Hill, España, 2006.
[5] SHAFFER, SAXENA, ANTOLOVICH, SANDERS, WARNER. “The Science and
Design of Engineering Materials”. Ed. Irwin, U.S.A., 1995.
[6] MICHAEL F. ASHBY, DAVID R. H. JONES. “Materiales para ingeniería 1:
Introducción a las propiedades, las aplicaciones y el diseño”. Ed. Reverté, España,
2008.
[7] MICHAEL F. ASHBY, DAVID R. H. JONES. “Materiales para ingeniería 2:
Introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño”. Ed. Reverté, España,
2009.
[8] http://www.matweb.com/ (15 de Mayo)
[9] http://www.epsevg.upc.edu/curs-actual/curs-actual/guies-docents/ (6 de Junio)
[10] http://www.grantadesign.com/ (24 de Abril)
