Gráficos usados en la industria y su aplicación

La representación de datos de forma grafica ofrece mensajes mas claros donde las conclusiones son fáciles de entender.

Distintos tipos de gráficos y sus aplicaciones

Barras / Columnas

Este gráfico sirve para comparar datos entre diferentes segmentos (sectores, empresas, periodos de tiempo...).

Líneas
Ayudan a ver la evolución de los datos. Por lo general se usan para mostrar un mismo tipo de dato y su evolución (valor de la acción y el tiempo, número de ventas y precio).

Tartas

Aquí podemos ver la contribución de cada parte a un total. Este grafico se puede utilizar de forma creativa comparando el tamaño de las tartas entre si y el contenido de las mismas.

Radar
En el radar podemos ver la superficie creada por varias variables y así poder comparar entidades (dos productos que presentan varias características pueden ser comparados en su totalidad usando esta grafica).

Stocks
Aquí se representan datos con 4 variables (tiempo, máximo, mínimo y cierre).

Burbujas
Aquí el grid (líneas de división del eje) suele ser una variable por si misma, haciendo que la disposición de las burbujas represente otras variables junto al propio tamaño de la burbuja. Este tipo de graficas permite concentrar mucha información en poco espacio.

Superficies
Este grafico se suele usar para ver la evolución de un dato sujeto a 3 variables. Por ejemplo la dureza de un material dependiendo de la temperatura, densidad y volumen.

Gráficas de dispersión
Se utilizan para estudiar la variación de un proceso y determinar a que obedece esta variación.

Gráficas de control
Un gráfico de control es una gráfica lineal en la que se han determinado estadísticamente un límite superior (límite de control superior) y un límite inferior (límite inferior de control) a ambos lados de la media o línea central. La línea central refleja el producto del proceso. Los límites de control proveen señales estadísticas para que la administración actúe, indicando la separación entre la variación común y la variación especial.
Estos gráficos son muy útiles para estudiar las propiedades de los productos, los factores variables del proceso, los costos, los errores y otros datos administrativos.

Un gráfico de Control muestra:

1. Si un proceso está bajo control o no.
2. Indica resultados que requieren una explicación.
3. Define los límites de capacidad del sistema, los cuales previa comparación con los de especificación pueden determinar los próximos pasos en un proceso de mejora.

Este puede ser de línea quebrada o de círculo. La línea quebrada es a menudo usada para indicar cambios dinámicos. La línea quebrada es la gráfica de control que provee información del estado de un proceso y en ella se indica si el proceso se establece o no.

Gráficos 3D de software
Se refiere a los programas utilizados para crear en 3D las imágenes generadas por ordenador, se utilizan en una amplia variedad de industrias.

• La industria médica los utiliza para crear modelos detallados de los órganos.
• La industria del cine los utiliza para crear y manipular personajes y objetos para la animación y la vida real imágenes en movimiento.
• La industria de los videojuegos los utiliza para crear activos para los videojuegos.
• El sector de la ciencia los utiliza para crear modelos muy detallados de los compuestos químicos.
• La industria de la arquitectura los utiliza para crear modelos de edificios propuestos, y los paisajes.
• La comunidad de ingeniería los utiliza para diseñar nuevos dispositivos, vehículos y estructuras, así como un anfitrión de otros usos.

Control de calidad

El control de la calidad son todos los mecanismos, acciones, herramientas que realizamos para detectar la presencia de errores. La función del control de calidad existe primordialmente como una organización de servicio, para conocer las especificaciones establecidas por la ingeniería del producto y proporcionar asistencia al departamento de fabricación, para que la producción alcance estas especificaciones.

Todo producto que no cumpla las características mínimas para decir que es correcto, será eliminado, sin poderse corregir los posibles defectos de fabricación que podrían evitar esos costos añadidos y desperdicios de material.

Control de calidad en metales

Para la producción de los metales no se establecen como base los siguientes procesos.

1. Extracción

2. Refinado o concentrado

3. Fusión

4. Afinado

Cada uno de estos procesos se da de diferentes maneras en la producción de los metales no, incluso en la producción algunos no se dan todos.

Extracción. Los metales no provienen de minerales que se pueden encontrar en la superficie de la tierra o bien en yacimientos bajo la superficie. En ambos casos se deben seguir técnicas de explotación eficiente y rentable.

Refinado o concentrado, también conocido como preparación. Los minerales de los que se obtienen los metales nunca se encuentra en estado puro y en cantidades comerciales, por lo que se deben separar y preparar. Entre los procesos de preparación más utilizados está el pulverizar al mineral y luego mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicar una acción violenta se forme espuma en la que los elementos metálicos quedan suspendidos. Posteriormente se retira la espuma y con ella los minerales necesarios para la producción de los metales no ferrosos.

Fusión. Los hornos más utilizados para la fusión de los minerales de metales no son los altos hornos (de menor tamaño que los de arrabio) y los hornos de reverbero (aquellos en los que la flama ilumina a la carga). Aunque no todos los metales no ferrosos necesitan ser fundidos primero para ser procesados. En los hornos para la producción de los metales siempre existen equipos para el control de las emisiones de polvo. Más que una medida de control de la contaminación ambiental es una necesidad, ya que los polvos son valiosos porque tienen el mineral que se está procesando o porque de esos polvos se pueden obtener otros materiales con un valor representativo o rentable.

Afinado. Para lograr las características de calidad y pureza necesarias en los metales se pueden utilizar diferentes procesos como las tinas electrolíticas con las que el mineral adquiere niveles de calidad muy altos.

Control de calidad en cerámicos

En la producción de materiales cerámicos se necesita que cumpla los siguientes requisitos:

1. Que tenga un grado de impermeabilidad adecuado.

2. Se le exige una cierta resistencia mecánica a flexión, para poder ser pisada y aguantar el peso.

3. Resistencia a las heladas (por ejemplo en Granada y zonas frías).

4. Estar 100% exentas de caliche (cal viva dentro de la masa).

Control de calidad en polímeros

En el laboratorio se ofrece el servicio para el control de calidad de productos, materiales y procesos de producción, así como la identificación de problemas técnicos y el estudio de sus soluciones, mediante la realización de pruebas de materiales y ensayos, acompañados siempre de un asesoramiento continuado. De esta forma se pretende conseguir un alto nivel de calidad y competitividad en los productos del sector para que estén siempre a la vanguardia, perfeccionándose continuamente.

Los ensayos que realizamos en el laboratorio son los siguientes:

• Obtención de probetas
• Densidad
• Dureza
• Resistencia a la abrasión
• Resistencia al desgarro
• Resistencia a la flexión
• Resistencia a grasas e hidrocarburos
• Resistencia a la tracción y alargamiento a rotura
• Estudio reológico
• Histéresis
• Módulo elástico
• Migración de ciertos elementos
• Compresión dinámica a carga constante
• Determinación de cargas inorgánicas
• Conductividad eléctrica
• Compresión set
• Envejecimiento

• Resistencia a la unión (despegue)

• Termoencogimiento

Control de calidad en materiales compuestos

Un entorno de producción limpio es esencial para la calidad y el acabado del producto. La más diminuta partícula de polvo puede tener consecuencias devastadoras. Las superficies libres de polvo son fundamentales para conseguir un máximo de adherencia cuando se unen piezas de material compuesto. Este aspecto es incuestionable a la hora de producir componentes del sector aeronáutico o eólico. Por esta razón, los principales fabricantes de aeronaves o palas de aerogeneradores adquieren equipos Nederman, garantizando así los mejores resultados.

Procesos de prueba

En ingeniería, las propiedades mecánicas de los materiales son las características inherentes que permiten diferenciar un material de otros, desde el punto de vista del comportamiento mecánico de los materiales en ingeniería, también hay que tener en cuenta el comportamiento que puede tener un material en los diferentes procesos de mecanizados que pueda tener. Entre estas características mecánicas y tecnológicas destacan:

• Resistencia a esfuerzos de tracción,
• Compresión,
• Flexión y torsión, así como desgaste y fatiga, dureza,
• Resiliencia,
• Elasticidad,
• Tenacidad,
• Fragilidad,
• Cohesión,
• Plasticidad,
• Ductilidad,
• Maleabilidad,
• Porosidad,
• Magnetismo,

Las facilidades que tenga el material para soldadura, mecanizado, tratamiento térmico así como la resistencia que tenga a los procesos de oxidación, corrosión. Asimismo es interesante conocer el grado de conductividad eléctrica y la conductividad térmica que tenga y las facilidades que tenga para formar aleaciones. Aparte de estas propiedades y tecnológicas cabe destacar cuando se elige un material para un componente determinado, la densidad de ese material, el color, el punto de fusión la disponibilidad y el precio que tenga.

Debido a que cada material se comporta diferente, es necesario analizar su comportamiento mediante pruebas experimentales. Entre las propiedades mecánicas más comunes que se mide en los materiales están la resistencia a tracción, a compresión, la deformación, el coeficiente de Poisson y el módulo de elasticidad o módulo de Young.

Las pruebas que se realizan sobre los materiales son hechas con un aparato llamado Máquina Universal, el cual es capaz de ejercer fuerzas de tracción y de compresión. Después de realizarse pruebas se realizan gráficas de esfuerzo - deformación donde se puede observar las diferentes fases de deformación del material. Durante la fase de deformación elástica, se obtiene el módulo de Young.

Procesos de producción de los diferentes materiales

Un proceso de producción es un sistema de acciones que se encuentran interrelacionadas de forma dinámica y que se orientan a la transformación de ciertos elementos. Los elementos de entrada (conocidos como factores) pasan a ser elementos de salida (productos), tras un proceso en el que se incrementa su valor.

Los factores son los bienes que se utilizan con fines productivos (las materias primas). Los productos, en cambio, están destinados a la venta al consumidor o mayorista.

Metales

No ferrosos

Para la producción de los metales no ferrosos se establecen como base los siguientes procesos.

1. Extracción

2. Refinado o concentrado

3. Fusión

4. Afinado

Extracción. Los metales no ferrosos provienen de minerales que se pueden encontrar en la superficie de la tierra o bien en yacimientos bajo la superficie.

Refinado o concentrado, también conocido como preparación. Entre los procesos de preparación más utilizados está el pulverizar al mineral y luego mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicar una acción violenta se forme espuma en la que los elementos metálicos quedan suspendidos. Posteriormente se retira la espuma y con ella los minerales necesarios para la producción de los metales no ferrosos.

Fusión. Los hornos más utilizados para la fusión de los minerales de metales no ferrosos son los altos hornos y los hornos de reverbero.

Afinado. Para lograr las características de calidad y pureza necesarias en los metales no ferrosos se pueden utilizar diferentes procesos como las tinas electrolíticas con las que el mineral adquiere niveles de calidad muy altos.

Ferrosos

Distintos procesos para su producción.

• Producción del hierro y el acero.

• El alto horno.

• Reducción directa del mineral de hierro.

• Diferentes procesos de producción de hierro y acero.

• Proceso de pudelado.

• Hornos Bessemer. Horno básico de oxígeno (BOF). Horno de hogar abierto. Horno de arco eléctrico. Horno de refinación. Horno de inducción. Horno de aire o crisol. Horno de cubilote.

• Clasificación de los aceros. Lingotes y colada continúa.

• Algunos elementos químicos en la fundición del hierro.

cerámicos

El proceso de fabricación comienza en el mismo momento en que entran las materias primas a la fábrica, estas materias primas son:

• Tierra roja

• Tierra gris

• Arena

• Serrín

• Carbón

• Orujillo

Una vez mezclados los materiales, mediante una serie de cintas transportadoras, que serán las que trasladen el producto por toda la fábrica, se llegará a una zona de laminadores con el fin de hacer la mezcla cada vez más fina. Una vez ha entrado la pasta a la fabrica se lleva a cabo la fase de amasado, se le hace pasar por una amasadora, en la que se le añaden bolitas de poliespano, la siguiente fase es moldear las piezas, se introduce la masa en una extrusionadora en la que se le añade vapor, y una vez caliente se le hace pasar por una galletera que le dará su forma final, dependiendo de la forma de la galletera el producto tendrá un tipo de huecos u otro, a la salida de la misma pasan por un cortador formado por unos alambres tensos que cortan el material en las dimensiones de la pieza final.

Después se traslada a las siguientes zonas:

• Zona de Caldeo

• Zona de Cocción

• Zona de enfriamiento

• Empaquetado

Polímeros

Frecuentemente, se utilizan varias formas de moldeo (por inyección, compresión, rotación, inflación, etc.) o la extrusión de perfiles o hilos. Parte del mayor proceso de plásticos se realiza en una máquina horneadora.

La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos:

• Obtención de las materias primas,

• Síntesis del polímero básico,

• Obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente

• Moldeo o deformación del plástico hasta su forma definitiva.

Materias primas. La mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal.

Síntesis del polímero. El primer paso en la fabricación de un plástico es la polimerización. Los dos métodos básicos de polimerización son las reacciones de condensación y las de adición.

Aditivos. Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguir una propiedad determinada. Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica.

Forma y acabado. Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y deformación. Otros procesos utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el que un pistón introduce el plástico fundido a presión en un molde.

Materiales compuestos.

Un área con incidencia a corto plazo es la modelización numérica de materiales compuestos y de su proceso de fabricación. Este proceso es específico de estos materiales debido a sus componentes intrínsecas y modela las propiedades finales que se van a obtener.

El proceso de conformado por molde a presión emplea moldes macho y hembra de una determinada geometría relacionada con la pieza o parte estructural a conformar. Una cantidad adecuada de material compuesto (fibra mas resina) es colocada dentro del molde al cual se le aplica una presión hidráulica relativamente alta y a su vez con el agregado de calor se logra la fluidez de la matriz logrando así la forma requerida de la pieza.

El rol de la temperatura en este proceso es el de suministrarle fluidez a la resina y permitir las optimas condiciones de curado, en cambio el rol de la presión es la de proveer el conformado de la pieza. Luego del curado se retira la presión hidráulica aplicada y la pieza es removida del molde.

Las operaciones posteriores al conformado son la de suministrarle la terminación final a la pieza tales como recortado, pintado, etc. Las piezas obtenidas por este método son de simple fabricación. Minimiza los costos de preparado de las piezas, es escaso el material desperdiciado, reduce terminaciones secundarias y requiere mínimo trabajo de elaboración.

Aplicaciones prácticas de los materiales

Aplicaciones prácticas

 Materiales orgánicos

 Ingredientes farmacéuticos activos derivados del comportamiento de mezcla

 Grasas y aceites

 Adhesivos y pinturas de polvo

 Metales orgánicos.

 Superconductores orgánicos

 Cristales líquidos

 Glucósidos cardíacos, antibióticos, antirreumáticos y otros

Metales

 Medios de transporte modernos (como el avión, los buques, los coches, trenes...).

 La electricidad, porque los metales conductores son los que permiten el paso de la misma en los cables.

 Las viviendas

 Los medios de comunicación y sistemas industriales

 La mayoría de los aparatos modernos y equipos industriales

 Elaboración de herramientas, instrumentos y elementos para las construcciones

 Esculturas contemporáneas

 Envases

 Se utiliza en: centrales de procesos industriales.

 La hojalata (lámina de hierro o acero recubierta de estaño) se usa como capa protectora.

 El estaño se alea con: cobre, plomo, antimonio, etc.… para: la soldadura, la imprenta, la industria aerospacial y como ingrediente en algunos insecticidas.

 Pistones de motores de combustión interna.

 Reactores nucleares

Polímeros

 El hule

 Caucho natural

 La lignina

 La nitrocelulosa

 El caucho vulcanizado

 El nylon

 El poli estireno

 El cloruro de polivinilo (PVC)

 El polietileno

 Elastómeros

 Plásticos

 Fibras

 Recubrimientos

 Adhesivos

Materiales compuestos

 Estructuras en ambiente corrosivo.

 Estructuras en la industria química y petroquímica.

 Construcciones en plantas de depuración o tratamiento de aguas residuales.

 Paneles de control.

 Marcos de puertas y ventanas. Paneles.

 Elementos de carrocería.

 Células de aeronave o embarcaciones.

 Industria eléctrica y radioeléctrica

 Estructuras aislantes y transparentes a las ondas de radio.

 Bandejas de cables.

 Utillaje industrial

 Mangos y accesorio para herramientas.

 Escaleras aislantes.

 Útiles deportivos

 Esquíes, raquetas, juguetería.

  Cerámicos

 Polvo abrasivo.

 Usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques.

 Empleado en hornos microondas, en abrasivos y como material refractario.

 Es un superconductor no convencional.

 Es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas.

 Utilizada como un aislante eléctrico.

 Empleado como combustible en reactores nucleares

 Toyota investigó la producción de un motor cerámico el cual puede funcionar a temperaturas superiores a 3300 °C.

 Termistores

 Varistores

 Condensadores

 Prótesis (dientes y huesos)

 Equipamiento químico

 Catalizadores, Electrolitos, sensores gases

Ingeniería de materiales sólidos

Se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. Incluye elementos de la química y física, así como las ingenierías química, mecánica, civil y eléctrica o medicina y ciencias ambientales.

La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes:

• Metales

• Cerámicos

• Polímeros

• Materiales compuestos

• Semiconductores


Metales

La manera más general de clasificación de los materiales Metálicos es:

• Ferrosos

• No ferrosos


Metales Ferrosos

Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el fierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio.

Los principales productos representantes de los materiales metálicos son:

 Fundición de hierro gris

 Hierro maleable

 Aceros

 Fundición de hierro blanco

Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus principales problemas es la corrosión.

Metales no Ferrosos

Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años.

Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son:

• Aluminio

• Cobre

• Magnesio

• Níquel

• Plomo

• Titanio

• Zinc

Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).


Cerámicos

Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.

Entre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el nitruro de silicio y el carburo de tungsteno. Según su micro estructura, podemos clasificarlos en: cerámicos cristalinos, cerámicos no cristalinos o vidrios y vitro cerámicos.

Los materiales cerámicos se caracterizan por las siguientes propiedades:

 Son muy duros y presentan una gran resistencia mecánica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura.

 Son capaces de soportar altas temperaturas

 Tienen gran estabilidad química y son resistentes a la corrosión

 Poseen una amplia gama de cualidades eléctricas.

Los materiales cerámicos son materiales ligeros. Su densidad varía según el tipo de cerámica y el grado de compacidad que presenten. Son mucho más duros que los metales.

Polímeros

Los plásticos son sustancias formadas por macro células orgánicas llamadas polímeros. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas:

 fáciles de trabajar y moldear,

 tienen un bajo costo de producción,

 poseen baja densidad,

 suelen ser impermeables,

 buenos aislantes eléctricos,

 aceptables aislantes acústicos,

 buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas,

 resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos;

 algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son muy contaminantes.

Materiales compuestos

Los materiales compuestos son aquellos que están formados por combinaciones de metales, cerámicos y polímeros. Las propiedades que se obtienen de estas combinaciones son superiores a la de los materiales que los forman por separado, lo que hace que su utilización cada vez sea más imponente sobre todo en aquellas piezas en las que se necesitan propiedades combinadas.

El material compuesto muestra un límite superior de propiedades mecánicas y físicas definido generalmente por la regla de las mezclas. Por una aleación puede adquirir propiedades específicas como:

 tenacidad,

 conductividad eléctrica y térmica

 resistencia a la temperatura,

 estabilidad ambiental,

 procesabilidad

 dureza


Materiales orgánicos

Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son:

 Plásticos

 Productos del petróleo

 Madera

 Papel

 Hule

 Piel

Semiconductores

Se utilizan en componentes como circuitos integrados, capacitores, diodos, etc.; va mas encaminado al área de la electrónica. Se considera que el material es conductor cuando ofrece una resistencia minima al flujo de la corriente y cuando tiene menos de cuatro electrones de valencia. Y aislante cuando ofrece una alta resistencia o impide el flujo de electrones y además tiene más de cuatro electrones de valencia.

Los elementos mas usados para materiales semiconductores son el silicio y el germanio ya que cuentan con cuatro electrones de valencia por átomo. Y para que el silicio y otros materiales se conviertan en conductores se debe añadir cantidades de otros elementos.