1. TERMODINAMICA EN EL CORTE DE
MATERIALES
Docente: Integrantes:
Alcides Cádiz José Zamora
Albín Hurtado
2. INTRODUCCIÓN
La Termodinámica es la Ciencia que estudia la conversión de unas formas de
energías en otras. En su sentido etimológico, podría decirse que trata del calor y
del trabajo, pero por extensión, de todas aquellas propiedades de las sustancias
que guardan relación con el calor y el trabajo.
La Termodinámica se desarrolla a partir de cuatro Principios o Leyes:
• Principio Cero: permite definir la temperatura como una propiedad.
• Primer Principio: define el concepto de energía como magnitud conservativa.
• Segundo Principio: define la entropía como magnitud no conservativa, una
medida de la dirección de los procesos.
• Tercer Principio: postula algunas propiedades en el cero absoluto de
temperatura.
3. La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso de herramientas
de corte, donde existe desprendimiento de viruta.
Para hablar en relación a la termodinámica en el corte de metales primero
debemos tener en cuenta el proceso, las herramientas involucradas y todo lo
relacionado con el corte de metales.
Corte de metales: Es la remoción del metal mediante una operación de
mecanizado mediante herramientas de cortantes Las partes se producen
desprendido metal en forma de pequeñas virutas. El trabajo central de estas
máquinas está en la herramienta cortante que desprende esas virutas.
El objetivo fundamental en los Procesos de Manufactura por Arranque de
Viruta es obtener piezas de configuración geométrica requerida y acabado
deseado. La operación consiste en arrancar de la pieza bruta el excedente (mal
sobrante) del metal por medio de herramientas de corte y maquinas
adecuadas.
Relación con la termodinámica: Dada a su generalidad la termodinámica es
la ciencia básica que sirve de punto de partida para el estudio de muchos otros
temas de ingeniería; el más obvio es la transferencia de calor, el cual se refiere
a cómo la energía pasa de un material o de un lugar a cierta temperatura, a
otro material o a otro lugar a una temperatura diferente. En el proceso de corte
de materiales se evidencia mucho lo que es el roce de metales que a su vez
genera calentamiento (temperatura) de piezas que dependiendo de la
velocidad a la que es realizado el mecanizado podemos observar reacciones
exotérmica con el desprendimiento de energía y/o calor, todos estos eventos
están relacionados con la termodinámica.
Se distinguen tres tipos básicos de viruta:
Viruta discontinua: se produce cuando se mecanizan materiales
frágiles, y con materiales dúctiles a velocidades muy bajas de corte. El
corte se produce a base de pequeñas fracturas del material base.
Viruta con protuberancias o corte con recrecimiento de filo: se
produce en materiales muy dúctiles, o a velocidades de corte bajas.
4. Cuando la fricción entre la viruta y la herramienta es muy alta, se
produce una adhesión muy fuerte entre el material de la viruta y la
superficie de la herramienta, con lo que la viruta empieza a deslizar, no
directamente sobre la cara de desprendimiento sino sobre material
adherido sobre ella. Este filo recrecido puede llegar a un tamaño en el
cual se desprenda el material adherido sobre la pieza o sobre la viruta
dejando en todo caso un acabado superficial muy deficiente.
Viruta continua: Es el régimen normal de corte y es el que mejor
acabado superficial.
Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperaturas
presentes.
Calor y energía
Una operación de producción en maquinado requiere potencia. Las fuerzas de
corte que se encuentran en la práctica de esta operación pueden ser de varios
cientos de Newton. Las velocidades típicas de corte son de varios cientos de
m/s o más. El producto de la fuerza cortante y la velocidad dan la potencia
(energía por unidad de tiempo) requerida para ejecutar la operación de
maquinado:
P = F v (2) donde: P = potencia de corte, N-m/s;
F = fuerza de corte, N;
v = velocidad de corte, m/s.
La potencia bruta requerida para operar la máquina-herramienta es más grande
que la potencia usada en el proceso de corte, debido a las pérdidas mecánicas
en el motor y la transmisión de la máquina. Estas pérdidas se pueden
contabilizar por la eficiencia mecánica de la máquina-herramienta, donde hpg =
potencia bruta del motor de la máquina-herramienta en hp y E = eficiencia
mecánica de la máquina- herramienta. El valor típico de E para máquinas-
herramienta es alrededor de 90%.3
5. La potencia consumida de una operación de corte se convierte en calor
principalmente por los siguientes mecanismos:
Deformación plástica en la zona de cizalladura de la viruta.
Fricción entre la viruta y herramienta
Fricción entre herramientas y la pieza.
Temperatura de corte.
Casi toda la energía que se consume en el maquinado (aproximadamente el
98%) es convertida en calor. Este calor puede hacer que las temperaturas sean
muy altas en la interface herramienta-viruta; las temperaturas de más de 540°C
no son inusuales. La energía restante (cerca del 2%) se retiene como energía
elástica en la viruta.
Se han desarrollado métodos experimentales para la medición de temperaturas
en maquinado. Las técnicas de medición más frecuentemente utilizadas son los
termopares herramienta-viruta. Este termopar toma la herramienta y la viruta
como dos metales diferentes que forman una junta de termopar. Conectando
apropiadamente las terminales eléctricas a la herramienta y a la parte de
trabajo (que está conectada a la viruta), se puede registrar la diferencia de
potencial generada por la interface herramienta-viruta durante el corte mediante
un potenciómetro registrador u otro dispositivo colector de datos apropiado. La
diferencia de potencial resultante del termopar herramienta-viruta se puede
convertir al valor de temperatura correspondiente mediante ecuaciones
calibración.
Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de corte de
metales.
Las tablas de Termodinámica nos ofrecen cuatro valores, en función de dos
datos básicos presión y temperatura. Los valores que nos ofrecen son el
Volumen Especifico, la Energía Interna, La Entalpía y la Entropía. En el
proceso de corte de metales se utiliza para realizar mediciones de
6. temperaturas, energía mediante proceso de mecanizado y desprendimiento de
virutas.
Ejercicio
Determinar la variación de entropía en la reacción:
Resultado
7. Tabla de los cuatros valores de la termodinámica
Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de
manufactura.
Los riesgos más característicos del proceso de manufactura, están engendrados
por los diferentes elementos móviles que en sus desplazamientos crean zonas
de atrapamiento, cizallamiento o proyectan elementos tales como virutas.
Se deben seguir las siguientes normas en los procesos de manufactura donde
se tiene como riesgo la proyección o desprendimiento de virutas:
Protección Personal.
Antes de hacer funcionar la máquina, el personal debe vestir: braga con
mangas cortas, lentes, zapatos de seguridad.
8. Los trabajadores deben utilizar anteojos de seguridad contra impactos
(transparentes), sobre todo cuando se mecanizan metales duros, frágiles
o quebradizos.
Se debe llevar la ropa de trabajo bien ajustada. Las mangas deben
llevarse ceñidas a la muñeca.
Se debe usar calzado de seguridad que proteja contra cortes y pinchazos,
así como contra caídas de piezas pesadas.
Orden y Limpieza.
Debe cuidarse el orden y conservación de las herramientas, útiles y
accesorios; tener un sitio para cada cosa y cada cosa en su sitio.
La zona de trabajo y las inmediaciones de la máquina deben mantenerse
limpias y libres de obstáculos y manchas de aceite.
Los objetos caídos y desperdigados pueden provocar tropezones y
resbalones peligrosos, por lo que deben ser recogidos antes de que esto
suceda.
La máquina debe mantenerse en perfecto estado de conservación, limpia
y correctamente engrasada.
Las virutas deben ser retiradas con regularidad, utilizando un cepillo o
brocha para las virutas secas y una escobilla de goma para las húmedas
y aceitosas.
No debe dejarse ninguna herramienta u objeto suelto sobre la máquina.
Eliminar los desperdicios, trapos sucios de aceite o grasa que puedan
arder con facilidad, acumulándolos en contenedores adecuados
cuente con interruptor diferencial y la puesta a tierra correspondiente.
Todas las operaciones de comprobación, medición, ajuste, etc., deben
realizarse con la máquina parada.
Se debe instalar un interruptor o dispositivo de parada de emergencia, al
alcance inmediato del operario.
Para retirar una pieza, eliminar las virutas, comprobar medidas, etc. se
debe parar la máquina.
9. Manejo de Herramientas y Materiales.
Durante el mecanizado, se deben mantener las manos alejadas de la
herramienta que gira o se mueve.
Aún paradas las fresas son herramientas cortantes. Al soltar o amarrar
piezas se deben tomar precauciones contra los cortes que pueden
producirse en manos y brazos.
Los interruptores y demás mandos de puesta en marcha de las máquinas,
se deben asegurar para que no sean accionados involuntariamente; las
arrancadas involuntarias han producido muchos accidentes.
Operación de las Máquinas.
Todas las operaciones de comprobación, ajuste, etc. deben realizarse con la
máquina parada, especialmente las siguientes:
Alejarse o abandonar el puesto de trabajo.
Sujetar la pieza a trabajar.
Medir o calibrar.
Comprobar el acabado.
Limpiar y engrasar
líquido refrigerante.
10. CONCLUSION
Es evidente que en todas las actividades actuales del ser humano civilizado,
están presentes toda clase de subproductos y productos manufacturados, esto
es, productos que han sido obtenidos a partir de materias primas y mediante
procesos específicos se modifican para crear un artículo de uso o bien
satisfactor. Es prioridad de nuestros tiempos, dar impulso a la mejora de los
procesos manufactura que permita un aprovechamiento máximo de todos y cada
uno de los recursos que intervienen en la fabricación de los productos, y con ello
buscar mejorar las calidades y costos de los mismos, así como obtener los
volúmenes demandados en los tiempos pronosticas. Ahora bien, no es suficiente
la comprensión de los procesos de manufactura; el Ingeniero Industrial
participante en un equipo encargado de los proyectos de manufactura, debe
poseer conocimientos adicionales y periféricos que le permitan el óptimo enlace
con las áreas relacionadas directa o indirectamente con el producto, con la
finalidad de que domine correctamente el panorama de la producción. Llevando
estos conocimientos a escalas macroeconómicas, se ha observado que los
países altamente industrializados y denominados de primer mundo, deben su
éxito y dominio de los mercados internacionales, al amplio desarrollo de
tecnología. Los procesos de virutas componen un sistema universal y que bajo
el debido tratamiento dado se obtiene el producto terminado a la perfección,
