lunes, 4 de marzo de 2013

PRINCIPIOS DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS PARA ACEROS-MANUEL PINZON CANDELARIA

El libro principios termicos para los tratamientos en acero nos muestra los principios de la manufacturacion para el tratamiento de los aceros. Las propiedades fisico-mecanicas de un metal pueden cambiar aplicando un proceso termico osea sometiendolos a determinadas temperaturas sin que varien sus propiedades quimicas es decir su resistencia cambia pero sus componentes y estructura como tan no. los sometimientos de metales al calor facilitan un mayor campo de aplicacion de lo smismos. el libro se centra en la explicacion del fenomeno que sucede y nos ayuda a centrar mas nuestros conocimientos en el tema. para comprenderlo el autor nos explican sus conocimientos en en diagramas de fase o equilibrio en los materiales cristalinos. como una de las mayores aplicaciondes de los tratamientos termicos en los materiales se enfoca en mejorar el rendimiento de los metales especialmente en el acerto siendo este como tal uno de los principales materiales en la construccion actual a nivel mundial y el principal material que es sometido a tratamientos termicos para obtener su mayor rendimiento. mediante diagramas el autor nos muestra de una manera mas entendible el proceso, el fenomeno, los tipos y todo lo relacionado con los tratamientos termicos en el acero. los aceros presentan ductilidad (capacidad para ser deformados formando hilos, alambres barras o cualquier figura necesaria) y maleabilidad (capacidad de ser deformados para tomar formas diversas, como laminados o latas). Las aleaciones son mezclas homogeneas de metales que principalmente se congenian entre si cuando estan fundidos, el resultado de las aleaciones mejoran el comportamiento de un metal frente a la resistencia a la fractura aumentando conciderablemente sus propiedades de dureza. el proceso de la aleacion tiene varias faces: fundicion, mezcla, transformacion de fasey proceso de enfriamiento. la fundicion consiste en poner los metales a altas temperaturas hasta lograr llegar a su estado liquido, mezcla en poner las cantidades de metal necesario para la aleacion que se necesita segun los resultados, para que ocurra la trasformacion defase es necesario someter el resultado de la mezcla a una temperatura constante, logrando asi un enfriamiento lento y en equilibrio inclutendo su presion constante llegando asi hasta el enfriamiento del acero o metal. cada acero tiene su diagrama muy particulas debido a la influencia de los elementos aleantes.los cambiosproducidos en un tatamiento quimico dependeran de las modificacionde o trasforamciones de la estructura en sus propiedades quimicas fisicas mecanicas y en algunos casos quimicas.para modificar las propiedades de una pieza se utilizan varios procesos:
1) termomecanicos: aparte de un calentamiento previo hay una fase de conformado.
2)recubrimientos de electrolitos: proteger un material superficialmente aportando material necesario para el resultad oque se desea.
3)metalizado:  recubrimiento por proyeccion sin ser necesaria la utilizacion de electricidad
4) tratamientos termoquimicos: estos son los tratamientos en los que se genera tambien cambios de la compocicion quimica
5)tatamientos termicos: termofisicos(no se incluyen cambios en propiedades quimicas), recocido (dependen de la temperatura utilizada), normalizado, temple, revenido.
tratamientos isotermicos: en general se trabajan entre 500° a 700° C. 
la templabilidad en un acero es su capacidad para permitir la penetracion o disminucion de su dureza, gracias a la aleacion alteramos el acero obteniendo un mayor desempeño en la construccion.

sábado, 2 de marzo de 2013

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CONCEPTOS FISICOS SOBRE ESTRUCTURAS METALICAS


5.2.1 NOCION DE POSICION


Hoy día podemos decir que la posición de un objeto es aquella información que permite localizarlo en el espacio en un instante de tiempo determinado.
En física, la posición de una partícula indica su localización en el espacio o en el espacio-tiempo. Se representa mediante sistemas de coordenadas.
En mecánica clásica, la posición de una partícula en el espacio se representa como una magnitud vectorial respecto de un sistema coordenado de referencia. Interpretadas como las componentes de un vector físico genuino. En general, en un sistema físico o de otro tipo, se utiliza el término posición para referirse al estado físico o situación distinguible que exhibe el sistema.
File:Rectangular coordinates.svg
Representación de un sistema 3D.

APLICACIÓN: Respecto de la noción de posición de una estructura metálica es muy importante tener en cuenta la posición geográfica donde esta va a estar localizada ya que de esta dependen las fuerzas sísmicas y de viento que en un momento determinado pueden actuar sobre la estructura  instalar.   En el caso de estructuras metálicas móviles como es el caso de un barco o un avión se deben tener en cuenta para su diseño las condiciones mas criticas que pueden actuar sobre el sistema para asegurar un correcto diseño.


5.2.2 LA NOCION DE EQUILIBRIO


Equilibrio, estado de un sistema cuya configuración o propiedades macroscópicas no cambian a lo largo del tiempo. En mecánica, un sistema está en equilibrio cuando la fuerza total o resultante que actúa sobre un cuerpo y el momento resultante son nulos.
El equilibrio mecánico puede ser de tres clases: Estable: Si las fuerzas son tales que un cuerpo vuelve a su posición original al ser desplazado (en un sismo un edificio se mueve pero vuelve a su posición original),
 Indiferente: Si las fuerzas que actúan sobre el cuerpo hacen que éste permanezca en su nueva posición al ser desplazado, como en una esfera situada sobre una superficie plana, el cuerpo se encuentra en equilibrio indiferente.
Inestable: Si las fuerzas hacen que el cuerpo continúe moviéndose hasta una posición distinta cuando se desplaza, como ocurre con una varita en equilibrio sobre su extremo, el cuerpo está en equilibrio inestable.

APLICACIÓN: En términos generales la noción de equilibrio en el caso de las estructuras metálicas lo estudia la estática, cuyo fundamento principal dice que la sumatoria de fuerzas en le plano Y debe ser igual a cero y la sumatoria de fuerzas en X debe ser igual cero, al cumplir esta condición garantizamos que la estructura será estable, estará en equilibrio y u riesgo de colapsar o caer es casi nulo a manos que factores externos lo ocasionen, (una explosión, un accidente, un sismo de magnitudes extremas, etc). Se debe garantizar que una estructura esta en equilibrio es totalmente estable l momento de entrar a funcionar y debe permanecer así en el tiempo.


5.2.3 NOCION DE MOVIMIENTO


El concepto de movimiento esta ligado al desplazamiento de los cuerpos esta esta ciencia corresponde a la  mecánica, la cual se divide en tres áreas:
Dinámica: Estudia el movimiento de los cuerpos y las causas que lo ocasionan.
Cinemateca: Estudia el movimiento de los cuerpos mas no la causa.
Estática: Que estudia los cuerpos en equilibrio o quietos.

APLICACIÓN: En el campo de las estructuras metálicas esta ciencia se tiene en cuenta al momento de diseñar estructuras sometidas a vibraciones (puentes de vías, puente grúas, estructuras de remolques; etc) en este caso los factores de seguridad y las formas de calculo varían, en el caso de estructuras rígidas como cubiertas o techos, edificios, etc., se debe garantizar prácticamente que estas están en equilibrio y libres desplazamientos exceptuando variaciones muy pequeñas por los cambios de temperatura y en le caso del movimiento transmitido por un sismo deben quedar diseñadas para absorberlos o soportarlos sin deformaciones o roturas, es decir la estructura debe quedar totalmente en equilibrio.


5.3.4 NOCION DE ESFUERZO Y DEFORMACION


ESFUERZO: En ingeniería estructural, los esfuerzos internos son magnitudes físicas con unidades de fuerza sobre área utilizadas en el cálculo de piezas prismáticas como vigas o pilares y también en el cálculo de placas y láminas. Los esfuerzos se clasifican en dos catgorias:
Esfuerzo normal (normal o perpendicular al plano considerado), es el que viene dado por la resultante de tensiones normales σ, es decir, perpendiculares, al área para la cual pretendemos determinar el esfuerzo normal.

Esfuerzo cortante (tangencial al plano considerado), es el que viene dado por la resultante de tensiones cortantes τ, es decir, tangenciales, al área para la cual pretendemos determinar el esfuerzo cortante.
En otras palabras el esfuerzo es la capacidad que nos ofrece un material determinado para absolver las fuerzas o fuerza aplicada esta dado por la formula:
σ = P/A donde P es igual a la fuerza actuante y A es igual al área de la sección del material a utilizar en este caso podría ser un perfil metálico cualquiera (angulo, viga, etc.)

APLICACIÓN: Este concepto es muy importante en el diseño de estructura metálicas porque mediante el, una vez halladas las fuerzas sobre los elementos se seleccionan los materiales con los cuales se construirá la estructura.


DEFORMACION: La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica, la deformación puede ser de dos características:
Deformación plástica o irreversible. Modo de deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada.
Deformación elástica o reversible el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación.
La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería se llama deformación axial o deformación unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de longitud:
de la misma magnitud \varepsilon\ =\frac{\Delta s}{ s}= \frac{s'- s}{ s}
Donde s es la longitud inicial de la zona en estudio y s'la longitud final o deformada. Es útil para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. En la Mecánica de sólidos deformables la deformación puede tener lugar según diversos modos y en diversas direcciones, y puede además provocar distorsiones en la forma del cuerpo.

APLICACIÓN: Cuando se habla de este concepto en estructuras metálicas estamos mostrando que tanto una estructura bajo las cargas sometidas se deforma o deflacta en este caso se debe regir el ingeniero calculista por ciertos parámetros establecidos para no excederlos ya que un error en esta parte puede llevar la estructura a deformarse en forma constante y a aparecer con deflexiones o curvas prolongadas o en el peor de los casos a colapsar o caerse por causa de un deformación exagerada.


5.2.5 NOCION DE TRABAJO


En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo. El trabajo es una magnitud físicaescalar que se representa con la letra \ W(del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.
Matemáticamente se expresa como:
W = \mathbf F \cdot \mathbf d = F d \cos\alpha
Donde Fes el módulo de la fuerza, des el desplazamiento y \alphaes el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento (véase dibujo).
Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.

Trabajo (W)
Trabajo.png
Trabajo realizado por una fuerza constante.
Trabajo (W)
Definición
Producto de la fuerza ejercida sobre un cuerpo por su desplazamiento
Tipo
Magnitud escalar
Unidad SI
Julio (J)
Otras unidades


APLICACIÓN: Con base en lo anterior trabajo es la capacidad de desplazar un cuerpo, si este concepto se mira desde este punto de vista diríamos que las estructuras metálicas no harían trabajo ya que son cuerpos estáticos (no se desplazan), pero desde el punto de vista operativo cumplen una función que es soportar cargas permanentemente y con el desarrollo de las ciencias hoy por hoy se desarrollan estructuras con péndulos o contrapesos los cuales de acuerdo a vibraciones, deformaciones o movimiento se mueven o desplazan para contrarrestar estas variables y mantienen la estructura en equilibrio, en estos casos se puede hablar de estructuras que ejecutan trabajo según la física. 


5.2.4 POTENCIA

En física, potencia (símbolo P)[] es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.
Si ΔW es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:
    P= W/t           Donde
·         La potencia mecánica es la potencia transmitida mediante la acción de fuerzas físicas de contacto o elementos mecánicos asociados, como palancas, engranajes, etc.

Unidades de potencia

APLICACIÓN: La noción de potencia literalmente en el campo del diseño de estructuras metálicas se puede aplicar sobre aquellas estructuras que por su diseño deben tener movimiento o estar sometidas a cargas dinámicas, el caso de un puente grúa (equipo para levantar y desplazar pesos), en este caso por ser una estructura que va  a estar en movimiento cargada o aun con su propio peso se debe diseñar bajo parámetros especiales, teniendo en cuenta el trabajo para que soporte las condiciones a ser sometida  ya que tendrá que mover pesos en tiempos determinados, lo cual es condición depotencia.

5.2.5 NOCION DE ENERGIA

Se define como la capacidad para realizar un trabajo.En física clásica, la ley universal de conservación de la energía —que es el fundamento del primer principio de la termodinámica—, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en el tiempo. Eso significa que para multitud de sistemas físicos clásicos la suma de la energía mecánica, la energía calorífica, la energía electromagnética, y otros tipos de energía potencial es un número constante. Por ejemplo, la energía cinética se cuantifica en función del movimiento de la materia, la energía potencial según propiedades como el estado de deformación o a la posición de la materia en relación con las fuerzas que actúan sobre ella, la energía térmica según el estado termodinámico, y la energía química según la composición química.
Energía potencial: Es la energía que se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su posición o de su configuración.
E_p = mgh\,dondeh es la altura del centro de masas respecto al cero convencional de energía potencial.
Energiacinetica: La energía cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas del sistema. Su expresión varía ligeramente de una teoría física a otra.
E_c = {1 \over 2} mv^2
En física la energía total Et=Ep+Ec.
Nombre
Abreviatura
Equivalencia en julios
cal
4,1855
fg
4185,5
th
4 185 500
kWh
3 600 000
Cal
4185,5
Tep
41 840 000 000
Tec
29 300 000 000
TR
3,517/h
eV
1,602176462 × 10-19
BTU o BTu
1055,05585
CVh
3,777154675 × 10-7
erg
1 × 10-7
Pie por libra (Footpound)
ft × lb
1,35581795
ft × pdl
4,214011001 × 10-11
Un ejemplo es el siguiente: A una altura h se sostiene un piedra con la mano en ese instante la Ep es máxima y la Ec es igual a cero, en el preciso instante que se larga la piedra la Ep es cero y la Ec es máxima, cuando la piedra cae al piso vuelve a su estado inicial su Ep es máxima y la Ec es cero, entonces se cumple el principio inicialmente descrito la energía no se destruye se transforma.
APLICACIÓN: En le campo de las estructuras metílicas algunos autores utilizan la sumatorias de anergias acumuladas por estas para desarrollar cálculos de diseño, resultando bastante dispendiosos porque exigen conocimientos muy amplios sobre física y matemáticas