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• Sergio Munguia Rivera

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INTRODUCCIÓN Descripción, utilidad y especificaciones técnicas del electrodoméstico

Fig a) Parte posterior de la lavadora

Fig b) Vista isométrica del exterior

El electrodoméstico analizado es una mini-lavadora de fácil transporte (ver figura “a”). Tiene un ciclo de lavado regulado por un temporizador con una duración máxima de 15 minutos. Durante el lavado, el plato giratorio tiene un movimiento alternante con un periodo aproximado de 8 segundos. Las siguientes son las especificaciones técnicas correspondientes a la máquina: ·

MODELO: XPB30-518

·

VOLTAJE: 220V con f=50Hz

·

CAPACIDAD: 3.0 kg

·

POTENCIA DE ENTRADA: 250W

·

NIVEL DE RUIDO: < 62dB

·

DIMENSIONES: 35 x 32 x 44.5 cm

Mecanismo interno: La mini-lavadora analizada funciona con un electromotor cuya principal función es transformar la energía eléctrica de la entrada a energía mecánica en el rotor, que luego es transmitida al plato giratorio de la tina de lavado mediante un sistema de transmisión con faja y polea. Para que sea posible el funcionamiento, la lavadora posee un circuito interno (ver figura “c”).

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Fig c) Mecanismo interno de la lavadora (imagen propia desarrollada en AutoCAD)

Objetivo General: Durante el desarrollo de este proyecto, el objetivo principal es analizar cómo las propiedades de los materiales utilizados para la construcción de la mini-lavadora son tales que son propicias para el funcionamiento apropiado del electrodoméstico.

Objetivos Específicos: 1. Describir y explicar la relación entre las partes principales del electrodoméstico y la función que cumplen dentro de él. 2. Analizar la relación entre los materiales que componen cada una de las partes del electrodoméstico y las funciones que cumplen cada una de ellas. 3. Explicar la relación entre el arreglo atómico o la microestructura de los materiales empleados con las propiedades físicas que poseen, ya sean estas eléctricas, térmicas, mecánicas o químicas.

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PARTES DE LA LAVADORA 1. ESTRUCTURA

1.1. Función La estructura es de vital importancia para el funcionamiento de la máquina, puesto que cumple un doble rol: una tina donde se realiza el lavado con agua de la ropa, mientras que el pedestal cumple la función de proteger el sistema eléctrico y transmisión de potencia del entorno (ver figura 1.3).

Fig. 1.1 Vista superior de la lavadora

Fig. 1.2 Vista de la tapa

Fig. 1.3 Vista de los mecanismos eléctricos

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1.2.

Partes principales de la estructura

A continuación se explicarán las funciones de cada parte, la relación entre su función y el material de fabricación, así como la relación de las propiedades del material con la microestructura:

1.3.

Tina de lavado

1.3.1. Función Esta parte de la estructura es fundamental, ya que aquí se produce el proceso de lavado, donde el agua, el detergente y las prendas se mezclarán en el ciclo de lavado. 1.3.2. Material El material del que está hecho la tina de lavado es un polímero termoplástico cuyo costo es, generalmente, menor al de otros polímeros; sin embargo, este menor costo no perjudica en la función de la pieza, puesto que no hay necesidad de usar un polímero termoestable, ya que este no estará sometido a altas temperaturas que podrían afectar las propiedades mecánicas de un polímero termoplástico. Para ser más específicos, se trata de un polipropileno, un polímero comparable en cuanto a costos al polietileno, ambos muy usados comercialmente debido a su bajo costo de sintetización y fácil conformación mediante el proceso de moldeo por inyección. En especial, el polipropileno destaca por ser el plástico de menor peso específico, lo cual implica que se necesita menor cantidad de material para el producto terminado, reduciendo así los costos. Debido a esto, su densidad es muy baja, lo cual hace que los productos hechos de polipropileno sean muy ligeros, un aspecto de suma importancia para un producto terminado que pretende ser portátil como el caso de esta lavadora. Asimismo, el polipropileno es de gran utilidad en componentes sujetos a cargas fluctuantes como lo es la tina de lavado, pues el material presenta una adecuada resistencia a la fatiga. Por otro lado, el polipropileno tiene muy buena resistencia a la corrosión y resistencia a sustancias ácidas y alcalinas, lo cual lo convierte en un producto adecuado para albergar dentro sí una mezcla de agua con detergente (alcalino) sin dañar el material. 1.3.3. Estructura Molecular El polipropileno es un polímero que resulta de monómeros compuestos de cadenas de carbono e hidrogeno y su estructura molecular consiste en un grupo metilo (CH3) unido a un grupo vinilo (CH2). El polipropileno, puede presentar diversos arreglos atómicos, pero el que se usa comercialmente para la producción de sólidos es el isostático. Las cadenas de polipropileno se flexionan en el espacio y mantienen su estructura mediante enlaces secundarios, como los de Van der Waals y enlaces de hidrógeno. Posteriores flexiones en el espacio tridimensional generas estructuras conocidas como lamelas y luego esferulitas, las cuales son responsables de las propiedades del material. En el polipropileno, material semicristalino (50% - 70% cristalino) las estructuras cristalinas le brindan mejoras a sus propiedades mecánicas, mientras Ingeniería de Materiales 1

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que las secciones amorfas retienen gran movilidad. Por ello, el polipropileno, dentro de los polímeros, tiene propiedades intermedias dentro de los polímeros (buena ductilidad, mediana resistencia a la tracción y relativamente buena resistencia al impacto). Si bien podría parecer que debido a las cargas de fatiga a las que estará sometido la tina de lavado podría fallar el material debido a que sus propiedades mecánicas no son de las mejores, en el caso de esta lavadora sería innecesario utilizar polímeros más duros y resistentes, pues la carga máxima para la cual está diseñada la lavadora es de 3kg de ropa. Finalmente, para compensar su deficiencia en cuanto a resistencia a la tracción, el polipropileno usado en este caso es un homopolímero, el cual se caracteriza por presentar estructuras isotácticas y, por ende, más cristalinas, lo cual mejora las propiedades mecánicas del material. Ello es apreciable en los resultados del análisis FTIR mostrados a continuación:

Fig. 1.4 Análisis FTIR de una muestra sacada de la tina de lavado

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1.4 Pedestal 1.4.1 Función La mini lavadora como todo electrodoméstico presenta componentes eléctricos, sin los cuales no podría ser posible su funcionamiento. Debido a esto, el pedestal protege dichos elementos tanto del agua utilizada en el lavado como de fuerzas y/o eventos externos a la máquina, tales como las vibraciones producidas durante el ciclo de lavado. 1.4.2

Material

De acuerdo a los resultados del análisis FTIR de una muestra del polímero del pedestal, este sería muy posiblemente un polipropileno, el mismo material que el utilizado para la fabricación de la tina de lavado. Ello es de esperar, pues como se mencionó anteriormente, el polipropileno es un material cuya síntesis y conformado son muy sencillas y económicas a nivel industrial. Tanto para el caso de la tina de lavado como para el pedestal, estas piezas han sido manufacturas mediante el moldeo por inyección, un proceso de conformación para el cual se presta muy bien el polipropileno. Asimismo, de la misma manera que la tina de lavado, el pedestal al estar hecho de polipropileno presenta una muy buena resistencia química, buena flexibilidad, pero suficiente rigidez como soportar las cargas estáticas y de fatigas a las cuales estará sometida durante el proceso de lavado. Ello es justificable, pues el pedestal tiene que poseer dichas propiedades para poder proteger y servir de soporte al motor y sistema eléctrico de la lavadora. 1.4.3

Estructura Molecular

A continuación se muestra los resultados del análisis FTIR de una muestra del pedestal:

Fig. 1.5 Análisis FTIR de una muestra sacada del pedestal

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En el análisis FTIR del pedestal se muestra un comportamiento muy similar al de la tina de lavado, por lo que ambos son polipropilenos. No obstante, al ser evaluados en cuanto a dureza, la dureza del pedestal era de alrededor de 50 Shore D, mientras que la de la tina de lavado alcanzaba los 60 Shore D, lo que es un indicador que el material del pedestal no tiene propiedades mecánicas tan buenas como las tiene la tina de lavado. Ello se debe al arreglo de las moléculas de polipropileno en cada una de las piezas. En el caso del pedestal, es probable que exista un mayor porcentaje de estructuras amorfas que expliquen la menor dureza respecto a la tina de lavado. No obstante, estos resultados no resultan perjudiciales para el funcionamiento de la lavadora, pues el pedestal al tener una diferente geometría y espesor resulta también apropiado para resistir los ciclos de fatiga de carga pulsante a los cuales estará sometido debido al funcionamiento de la lavadora. 1.5

Mangueras

1.5.1 Función Las manguera tienen forma tubular y su principal función es la de alimentación y extracción de agua en la tina de lavado. La manguera de la parte superior sirve para la alimentación desde la llave de agua y la que está ubicada en la parte inferior de la tina sirve para extraer el agua a las tuberías de desagüe. 1.5.2 Material El material del que están hechas las mangueras es un polímero termoplástico cuyo costo es, generalmente, menor al de otros polímeros; sin embargo, este menor costo no perjudica en la función de la pieza, puesto que no hay necesidad de usar un polímero termoestable, ya este no estará sometido a altas temperaturas. Para ser más específicos, se trata de un polietileno de baja densidad, el cual es flexible, lo que es conveniente, pues la manguera debe poder acomodarse a los espacios reducidos donde suelen ubicarse las lavadoras. 1.5.3 Estructura molecular En el gráfico a continuación muestra el análisis FTIR de la manguera, el cual arroja como resultado que lo más probable es que la manguera esté compuesta de un polietileno de baja densidad.

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Fig. 1.6 Análisis FTIR de una muestra sacada de las mangueras

La manguera está compuesta de un polietileno de baja densidad. Debido a ello, presenta un arreglo de sus cadenas con ramificaciones varias de la cadena principal, una característica de los polímeros sinterizados de etileno. Ello ocasiona que haya carbonos relacionados con cadenas de polietileno, lo que genera enlaces secundarios que dan propiedades mecánicas no tan buenas como las de los metales. Asimismo, presenta una estructura atómica amorfa como predominante, lo cual nos da una indicación de las propiedades (mejor ductilidad, no tanta dureza y resistencia a la tracción). No obstante, no es necesario usar polímeros o compuestos más duros y resistentes, puesto que, a diferencia de otras partes, no estará sometida a fuertes cargas. Por otro lado, al tener un proceso de sinterizado que no busca cadenas lineales perfectas, el costo de producción es menor comparado al polietileno de alta densidad.

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2. MOTOR

2.1.

Función

El motor tiene la función principal de transformar energía eléctrica en energía mecánica, la cual será transferida al plato giratorio mediante un sistema de transmisión de potencia que será detallado en la siguiente sección. La energía se produce por acción de los campos magnéticos generados por las bobinas y electroimanes del motor (ver figura 2.1).

Fig. 2.1 vista superior del motor

2.2.

Fig. 2.2 vista lateral del motor

Partes principales del motor

A continuación, se describirá y mostrará la función de cada una de ellas, así como la relación que tiene con el material fabricado, cuyas propiedades se explicaran a través de su microestructura.

2.3.

Rotor

2.3.1

Función

El rotor es la parte giratoria de un motor, posee un eje mecánico por el cual se realiza el intercambio de energía. Se encarga de transformar la energía eléctrica a energía mecánica. Posee en su interior un paquete de láminas de hierro de adecuadas propiedades magnéticas, y en su interior un arrollamiento de jaula de ardilla la cual contiene barras de cobreo o bobinas. El movimiento de cargas en la bobina es afectada por el campo magnético que se encuentra en el estator según la ley de Lorentz, obteniéndose una fuerza perpendicular al campo magnético y a

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la dirección de la velocidad de las cargas. De este modo se obtiene el clásico movimiento circular ya que la fuerza actúa perpendicular a la velocidad.

Fig. 2.3 Rotor

2.3.2

Fig. 2.4 Parte posterior del rotor

Material

El rotor principalmente está constituido por dos tipos de acero. En primer lugar, acero al silicio que constituye la parte ranurada del rotor (ver figura 2.3), que está formado por un conjunto de láminas finas unidas por un barniz. Se trabaja con este tipo de acero ya que tiene bajo contenido de carbono y sus propiedades magnéticas (la poca disipación de energía por ciclo y una alta permeabilidad magnética) ayudan al funcionamiento del motor. Por otro lado, la parte del eje está constituido por acero para máquina que tiene un medio contenido de carbono (ver figura 2.4). Se trabaja con este tipo de acero ya que es tenaz, transmite de manera satisfactoria la potencia necesaria para el funcionamiento de la lavadora y es capaz de trabajar sometido a esfuerzos cortantes debido a momentos torsores. 2.3.4

Microestructura

El rotor tiene un eje el cual está hecho de acero para máquina, es un acero de medio carbono el cual es muy usado para partes de maquinarias, ejes, arboles de transmisión, etc. Este acero tiene alta tenacidad y resistencia a altas y bajas temperaturas. La microestructura posee perlita y ferrita, la ferrita proporciona al material ductilidad y la perlita proporciona resistencia y dureza, lo cual hace al material tenaz. Las fases de este acero son cementita y ferrita ya que al hacer otro aumento en el microscopio en la ferrita las fases mencionadas aparecen. La perlita está constituida por ferrita y cementita. El acero al silicio el cual está contenido en la arte laminada del rotor, tiene propiedades magnéticas y una microestructura la cual la favorece. El porcentaje de silicio puede variar entre 2 a 3.5%. El grano para este rango de porcentaje de silicio es llamado no orientado y hace que las propiedades del grano sean isotrópicas (similares en todas las direcciones). Esta propiedad Ingeniería de Materiales 1

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isotrópica de los granos favorece al material ya que este trabajara con campos magnéticos cambiantes no rectilíneos.

Fig. 2.5 Microestructura del eje del rotor a 500X (matriz ferrítico perlítica)

Como se puede observar en la figura 2.5 en la microestructura la parte blanca representa la ferrita lo cual proporciona ductilidad y la parte oscura representa la perlita lo cual le da dureza y resistencia, como ya se mencionó anteriormente. 2.4. Disco Motriz 2.4.1. Función El disco motriz transmite la energía mecánica del motor hacia la polea por medio de una faja. Esta energía causa el movimiento de la polea y a la vez el funcionamiento de la lavadora (ver figura 2.6).

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2.4.2. Material Este disco motriz está hecho de aluminio, ya que es un material liviano y barato suficientemente resistente para transmitir potencia por medio de la faja a la polea mencionada en el sistema de transmisión. Asimismo es un material resistente a la corrosión y con capacidad para trabajar bajo la acción de fricción que ejerce la faja sobre este. 2.4.3. Microestructura El material utilizado para la fabricación del disco motriz es una aleación de aluminio con silicio y plomo. El agregado de silicio al aluminio le proporciona una mayor resistencia mecánica. Lo cual tiende a endurecer al aluminio y a mejorar su resistencia a la corrosión. Las aleaciones Aluminio-Silicio son muy dúctiles; tienen una elevada conductividad calorífica, eléctrica y un bajo coeficiente de dilatación, son difíciles de mecanizar, pero esto no influye porque el acabado no debe ser fino; ya que, se requiere que esta pieza tenga un buen coeficiente de fricción con la faja. Sus propiedades mecánicas se mejoran añadiendo en la colada cloruro sódico o una mezcla de fluoruro y cloruro sódico. Las aleaciones Aluminio-Silicio modificadas por este tratamiento resultan con granos muy finos en lugar de las agujas o láminas en que cristaliza el silicio en las aleaciones sin modificar. Esta mejora en la estructura micrográfica realiza un cambio positivo en la resistencia a la tracción y un incremento en su dureza. El material reúne las características necesarias para realizar el trabajo requerido: tener un buen coeficiente de fricción con la faja para poder transmitir la potencia; al poseer un bajo coeficiente térmico el disco no se deformara en exceso debido al calor que se origina en estar en constante rozamiento con la faja.

Fig. 2.6 Disco Motriz

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La aleación aluminio-silicio utilizada en el disco motriz es hipoeutéctica; por lo tanto, tendremos como micro constituyentes a la mezcla eutéctica y una solución solida de silicio en aluminio. Por otra parte tendremos como fases una solución solida de silicio en aluminio (α) y una solución solida de aluminio en silicio (β). Como podemos observar en la figura 2.6 la microestructura del disco motriz presenta la parte ploma la mezcla eutéctica y la parte blanca representa la solución de silicio en aluminio. En consecuencia se obtiene una aleación con buena dureza y resistencia mecánica lo cual es necesario por la forma de trabajo ya mencionada.

2.5 Estator 2.5.1 Función El estator es la parte estática del motor (solo se mueve magnéticamente). Está compuesto por bobinas y un núcleo con propiedades magnéticos, encargados de crear el campo magnético que accionan el motor. (Ver figura 2.8)

Fig. 2.8 Imagen del estator donde se aprecia el núcleo y la bobina

2.5.2 Material El estator está conformado principalmente por dos materiales: cobre y acero al silicio. El cobre se encuentra en los cables que conforman la bobina del estator. La elección del cobre como material para los cables eléctricos es propicia, puesto que se trata de un material con alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad. Además, el cobre es un material cuya relación costo-beneficio es excelente, pues tenemos otros materiales con mejores propiedades conductivas como es el caso de la plata, pero cuyo precio es muy elevado como para que su uso sea comercial.

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Por otro lado, el núcleo del estator está hecho de acero al silicio, en forma de chapas metálicas de 1 mm de espesor apiladas una a la otra con el fin de formar un núcleo magnético sólido. Es de esperarse la utilización de un material como este, puesto que el acero es aleado con el silicio para disminuir la disipación de energía en el motor debido a que le da una mayor permeabilidad magnética. Asimismo, se observa que las chapas de acero al silicio están revestidas para mejorar la resistencia a la corrosión y oxidación del núcleo y así alargar la vida útil del motor. 2.5.3 Microestructura El acero al silicio es un acero especial adaptado para producir ciertas propiedades magnéticas, tales como una pequeña zona de histéresis y de alta permeabilidad magnética. Es una aleación de hierro que puede tener de 0% a 6,5% de silicio. Aleaciones comerciales por lo general tienen un contenido de silicio de hasta 3,2%. El manganeso y el aluminio se pueden añadir hasta 0,5%. El silicio aumenta significativamente la resistividad eléctrica del acero, lo que disminuye las corrientes de Foucault inducidas y se estrecha el lazo de histéresis del material, reduciendo así la pérdida en el núcleo. Sin embargo, la estructura del grano se endurece y se fragiliza el metal, que afecta adversamente el mecanizado del material. En la aleación, los niveles de concentración de carbono, azufre, oxígeno y nitrógeno deben mantenerse bajo, ya que estos elementos indican la presencia de carburos, sulfuros, óxidos y nitruros. Estos compuestos, incluso en partículas tan pequeñas como un micrómetro de diámetro, aumentan las pérdidas de histéresis mientras que también disminuye la permeabilidad magnética. La presencia de carbono tiene un efecto más perjudicial que el azufre o el oxígeno. El carbono también causa el envejecimiento magnético cuando sale lentamente de la solución sólida y precipita en forma de carburos, lo que resulta en un aumento de la pérdida de potencia en el tiempo. El nivel de carbono se puede reducir por el recocido de acero en una atmósfera de descarburación, tal como hidrógeno. Estas propiedades magnéticas del acero al silicio son las necesarias para el buen desempeño del estator.

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Fig 2.9 Microestructura del eje de transmisión (matriz ferrítico perlítica)

Se puede apreciar en la figura 2.9, una microestructura de matriz ferrítica y trazas de perlita, demostrando el bajo contenido de carbono en el acero. Además, se puede apreciar pequeños puntos negros, los cuales pueden representar al silicio en la microestructura. Estas propiedades magnéticas del acero al silicio son las necesarias para el buen desempeño del estator.

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3. SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA Esta máquina presenta un sistema de transmisión de potencia, el cual se detallará a continuación:

3.1.

Función

El sistema de transmisión de potencia que se utiliza en este equipo es el de “Sistema de transmisión circular” utilizando un mecanismo simple de poleas con correa. Este sistema transmite la energía mecánica del motor al plato giratorio de lavado. Esto es posible gracias a que el motor y la polea (ésta unida con un eje ajustado al disco giratorio) están conectados por una faja, la cual provoca un movimiento circular que se transmite mediante el rozamiento entre faja y polea (ver figura 3.1).

Fig. 3.1 Sistema de transmisión de potencia: Motor, faja, polea, disco giratorio

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3.2.

Partes principales del sistema de transmisión de potencia

3.3.

Faja

3.3.1

Función

La faja que une la polea y el motor permite la transmisión del movimiento y velocidad, la cual proviene del motor. El accionar de la faja se produce debido a la fricción que se genera entre las poleas y la faja, lo cual produce la fuerza que permite la transmisión del momento torsor de un elemento a otro. (Ver figura 3.2)

Fig. 3.2 Faja, vista superior

3.3.2

Material

La faja es un polímero elastómero. La faja, formada por caucho sintético, tiene las características requeridas para su correcto y eficiente uso como son la elasticidad y flexibilidad. Estas son necesarias debido a las cargas a las que es sometida y evitan que se origine una fractura. Asimismo, el material también cumple un rol fundamental en la transmisión de potencia, pues el caucho sintético tiene un coeficiente de fricción muy elevado lo que permite la transmisión de potencia por fricción entre la faja y polea. Ingeniería de Materiales 1

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3.3.3

Estructura molecular

La propiedad de la elasticidad del elastómero proviene de la habilidad de las cadenas para cambiar su posición por sí mismas y así distribuir una cierta tensión aplicada. El enlace covalente asegura que el elastómero retornará a su posición original una vez deje de aplicarse la tensión. Al hacer un corte transversal a la faja se observan 3 zonas importantes (ver figura 3.3), un tejido envolvente compuesto de algodón tratado con una mezcla de caucho natural de neopreno, cuerdas de tracción fabricadas de poliéster y el relleno de caucho cloropreno. En el neopreno (policloropreno) la cadena principal se compone de carbono e hidrógeno y contiene dobles enlaces. Los poliésteres forman una familia de polímeros caracterizados por sus enlaces de Ester (CO-O). Las fibras de poliéster tienen una baja absorción de la humedad y buena recuperación a las deformaciones. Luego de hacer pruebas de dureza con un duroscopio se obtuvo una dureza (Shore) promedio de 33 Shore D.

Fig. 3.3 Faja, corte transversal. Fuente: http://belting-industry.com

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3.4.

Polea

3.4.1

Función

La polea, según su diámetro, cumple la función de reducir o multiplicar la velocidad. En este caso, la mini-lavadora posee un sistema reductor de velocidad, ya que el diámetro de disco motriz del motor es más pequeño que el de la polea del eje conectado al disco girador (polea conducida). (Ver figura 3.4)

Fig. 3.4 Polea, vista superior

3.4.2

Material

La polea es un polímero termoplástico. Esta posee las características propias de un polietileno de alta densidad como son la flexibilidad, tenacidad y rigidez, las cuales son importantes debido al constante movimiento y fatiga a la que es sometida. Su densidad no supera 0.952 g/cm 3, dando como efecto un elemento muy ligero y efectivo.

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3.4.3

Estructura molecular

El termoplástico formado por polímeros unidos por fuerzas secundarias genera una estructura lineal, ramificada, ordenada y compacta; la cual es la causa de que las propiedades mecánicas de resistencia mecánica y al cambio de temperatura. La polea al ser un polietileno de alta densidad es un termoplástico conformado por unidades de etileno (-CH2-CH2-)n. Luego de hacer pruebas de dureza con un duroscopio se obtuvo una dureza (Shore) promedio de 68 Shore D.

3.5.

Plato giratorio

3.5.1

Función

El plato giratorio se encarga de mezclar la ropa con el detergente usando un movimiento alternante con un periodo de 8 segundos. Esta acción se realiza gracias a que en el “sistema de transmisión de potencia” la energía mecánica se transmite al plato giratorio, ya que ésta está unida con un eje ajustado a la polea. (Ver figura 3.5)

Fig. 3.5 Plato giratorio, vista superior

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3.5.2

Material

El plato es un polímero del tipo “Termoplástico”. Con la prueba Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) se obtuvo que el plato giratorio es un 1 2 4-trimetilciclohexano (ver figura 3.3 y 3.4), pero entre los posibles materiales alternantes que se recibe del FTIR se observa uno más probable: una mezcla de polipropileno y etileno debido a que es un material más comercial. El polipropileno por un lado tiene características como una baja densidad de 0.92 g/cm3, una temperatura de reblandecimiento alta, alta resistencia al stress cracking (grietas, fisuras). El polietileno (de baja densidad), tiene características como alta resistencia térmica, química y de impacto, y una baja densidad de 0,92 g/cm3. Todas estas características son importantes para que el plato giratorio pueda realizar su función con éxito.

Fig. 3.3 Análisis FTIR de una muestra sacada del plato giratorio

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Fig. 3.4 Resultado del análisis FTIR – Trimetilciclohexano

3.5.3

Estructura molecular

Debido a que es un polímero termoplástico está formado por moléculas de polímeros unidos por fuerzas secundarias (Van der Waals), esto genera una estructura lineal, ramificada, ordenada y compacta; la cual es la causa de que las propiedades mecánicas de resistencia mecánica y al cambio de temperatura. Por un lado el disco al ser un polietileno de baja densidad tiene una estructura de cadenas muy ramificadas, esto hace que tenga una densidad baja. Luego por el polipropileno tiene una estructura con una cadena principal formada por átomos de carbono. Luego de hacer pruebas de dureza con un duroscopio se obtuvo una dureza (Shore) promedio de 55 Shore D.

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3.6.

Eje de transmisión

3.6.1

Función

El eje de transmisión es el encargado de transmitir la potencia de la polea al plato giratorio. El eje está conectado a los dos elementos debido a presión por forma. (ver figura 3.5)

Fig. 3.5 Eje de transmisión

3.6.2

Material

El eje es un acero de medio carbono. Posee forma circular maciza cuyo diámetro es aproximadamente 8 milímetros que lo hacen resistente para aguantar el momento torsor que se genera al transmitir potencia de la polea al plato giratorio. El material estará sometido no solo a esfuerzos cortantes sino también a fatiga debido al movimiento oscilatorio que genera el motor.

3.6.3

Microestructura

El eje está hecho de acero de medio carbono, muy usado en la industria para diseñar este tipo de mecanismos. Este acero se caracteriza por tener una buena tenacidad entre los demás. La microestructura está compuesta en su mayoría por perlita y pequeños granos de ferrita, esto Ingeniería de Materiales 1

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le otorga gran resistencia mecánica al material y una mediana ductilidad necesarios para soportar los ciclos de fatiga y esfuerzos cortantes, además de ser un buen conductor térmico. Las propiedades finales del material dependerán del porcentaje exacto de ferrita y perlita que se encuentren en material. Finalmente, no mes coincidencia que este eje tenga gran parecido con el rotor porque estos dos cumplen la misma función dentro de la lavadora que es la de transmitir potencia.

Fig. 2.7 Microestructura del eje de transmisión (matriz ferrítico perlítica)

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4. SISTEMA ELÉCTRICO Como todo electrodoméstico, presenta un sistema que permite el paso de electricidad, para su posterior transformación, el cual se mostrará en los siguientes ítems:

4.1. Función El sistema eléctrico está formado por una fuente de energía (tomacorriente), conductores (cables), y un receptor, motor eléctrico, que transforma la electricidad en movimiento rotacional, el cual será transmitido al disco giratorio para lograr el lavado. La lavadora cuenta con un temporizador que determina el inicio y fin del ciclo de lavado, con un tiempo máximo de 15 minutos.

4.2. Partes principales del sistema eléctrico 4.3 Temporizador 4.3.1 Función El temporizador o minutero es un dispositivo que permite regular y controlar el tiempo de trabajo del lavado. También es usado como simulador de presencia; es decir, permite que la lavadora permanezca en un estado de encendido hasta que termine el ciclo de lavado. (ver figura 4.1)

Fig. 4.1 Temporizador

4.3.2 Material El temporizador está compuesto por un eje de aluminio, cables de cobre, una placa galvanizada, ruedas dentadas y la carcasa de plástico. En el eje se utilizó aluminio debido a su baja densidad, fácil mecanizado, resistencia a la corrosión y fácil disipación del calor. Este último es de gran importancia ya que al utilizarse en Ingeniería de Materiales 1

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los ejes de las ruedas dentadas no generará un recalentamiento entre estas durante su funcionamiento. Los cables de electricidad son de cobre, debido a su alta conductividad y fácil obtención en el mercado (comparado con otros buenos conductores es el más económico), además de su resistencia a la oxidación. Dentro del temporizador encontramos una placa galvanizada, la cual consta de acero recubierto de zinc. Este material es bastante utilizado en el mercado, sobre todo para su utilización en componentes internos como es el caso en el temporizador, ya que como consecuencia del proceso de galvanizado son resistentes a la corrosión, manteniendo las propiedades mecánicas del elemento. Algunas piezas mecánicas, como las ruedas dentadas, son de termoplásticos, debido a que poseen bajos coeficientes de fricción, resistencia al desgaste y sobretodo resistentes a soportar las cargas sobre los dientes. Asimismo, no es necesaria la utilización de materiales más resistentes como el acero para estas ruedas, puesto que las mismas no serán sometidas a grandes esfuerzos ya que su función principal no es la transmisión de potencia sino controlar el mecanismo interno del temporizador. 4.3.3 Estructura molecular Los componentes del temporizador son de distintos elementos, tanto metales como polímeros, debido a que las propiedades de los metales que la componen, ya fueron mencionadas, se explicará un poco sobre las propiedades que deben tener el termoplástico usado para la elaboración de las ruedas dentadas. Es usual que los materiales que componen las ruedas dentadas, sean el Nylon 6/6 o acetal, ambos termoplásticos, debido a su fácil procesamiento y a sus propiedades. Los materiales termoplásticos presentan un buen conjunto de propiedades mecánicas, son fáciles de procesar, reciclables y bastante económicos; y la principal desventaja deriva del hecho de que su aplicación está limitada a bajas temperaturas, derivado esto por ser materiales que funden. Sin embargo, para piezas tan pequeñas como las ruedas dentadas del temporizador, las temperaturas alcanzadas serán bajas comparadas con su punto de fusión. En las pruebas realizadas en el laboratorio, el resultado coincidió en que el material de las ruedas dentadas es polioximetileno (POM), el cual según sus propiedades es el más indicado. El polioximetileno o mejor conocido como acetal o poliacetal, es un polímero derivado del CH2O , que en su proceso de fabricación se forman aleaciones micro-multifase con elastómeros que contienen 50% de TPU (termoplástico de poliuretano), con el fin obtener relaciones de rigidez/dureza específicas para moldeados con alta absorción de energía. La forma más común de obtener polioximetileno es a través del moldeo por inyección y las aplicación típicas de este termoplástico son: pequeñas ruedas dentadas, fijaciones de esquís, mangos de cuchillos, y los sistemas de bloqueo, engranajes mecánicos, correderas y Ingeniería de Materiales 1

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elementos de guía, cadenas tornillos, etc. Este material es ampliamente utilizado en la industria de la electrónica del automóvil y de consumo.

Fig. 4.2 Análisis FTIR de una muestra sacada de un engranaje del temporizador

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4.4 Condensador 4.4.1

Función

El condensador es de plástico y no polar. Es fácil de conectar, ideal para el arranque del motor. Ayuda a mejorar el factor de potencia y evitar caídas de tensión para lograr un funcionamiento eficiente del motor. (ver figura 4.4)

Fig. 4.4 Condensador

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CONCLUSIONES Las siguientes son las conclusiones principales acerca del proyecto: Función: 1. Gran parte de las piezas y estructuras son polímeros termoplásticos. Se justifica su presencia ya que una de las características principales de la lavadora es ser portable. Los polímeros son livianos y resistentes, además, es económico y de mantenimiento sencillo. 2. Las piezas de metal se encuentran principalmente en el motor: estator y rotor. El motor al tener la función de transformar energía es necesario que sea de metal, ya que sus propiedades conductoras y su resistencia a la corrosión son necesarias. El cobre utilizado en las bobinas y cables es una elección clave, ya que cumple con la función necesaria y es económica. 3. A diferencia de la transmisión de potencia en la faja y polea, las ruedas dentadas en el temporizador al no estar sometidas a grandes esfuerzos pueden ser de un tamaño muy pequeño y de material termoplástico, de tal forma que temporizador ocupe poco espacio y sea liviano, dos características importantes para tener un equipo más portátil y con menores costos de producción. Materiales: 4. Muchos de los componentes de la lavadora no están hechos de materiales puros, sino que son aleaciones en el caso de los metales o compuestos en el caso de los polímeros, pues estos mejoran las propiedades físicas de los materiales, haciéndoles viables para su usa en las distintas partes de la lavadora. 5. En su gran mayoría los materiales son elegidos también por su facilidad para ser mecanizados o conformados, tal como es el caso del polipropileno, uno no los polímeros más fáciles de ser sujeto a un moldeo por inyección. Microestructura o estructura molecular 6. El uso de materiales poliméricos se debe a que poseen arreglos atómicos semicristalinos que les permiten tener propiedades mecánicas intermedias (como en el caso del polipropileno), así como su bajo costo de producción y fácil proceso de conformación. 7. La microestructura de los materiales metálicos determina sus propiedades mecánicas, mientras que en los materiales poliméricos es la estructura molecular lo que más influye en sus propiedades mecánicas.

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OBSERVACIONES A lo largo del trabajo se presentaron algunas situaciones que ameritan observaciones. Entre ellas destacan las siguientes: 1. Debido a su procedencia (China), muchos materiales no tiene la señalización de las normas correspondientes al material gravadas o impresas en su superficie. Por ejemplo, la tina de lavado no tiene la simbología correspondiente al polietileno marcada en el material. 2. En todos los componentes de la lavadora se pueden encontrar solo dos tipos de materiales: polímeros y metales. No se pudo encontrar ningún cerámico: se esperaba encontrar carbones en el motor, pero este no fue el caso. 3. No se encontraron polímeros termoestables, lo cual es de esperar, pues la lavadora no trabajará a temperaturas elevadas.

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BIBLIOGRAFÍA 1. Molina Martínez J., Cánovas Rodríguez F., Ruz Vila F. 2012. Motores y máquinas eléctricas. Primera edición. Fondo editorial Marcombo S.A. 2. Castejón Oilva A., Santamaría Herranz G. 1993. Tecnología eléctrica. Primera edición. McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A. 3. Beltrán Rico, Maribel y Marcilla Gomis, Antonio. 2012. Tecnología de Polímeros. Publicaciones Universidad de Alicante. 4. Callister, William. 1996. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Tomo II. Editorial Reverté, S.A. 5. Estructura Química y Física del Polietileno. Textos Científicos Extraído de un sitio web el 13 de noviembre del 2014 http://www.textoscientificos.com/polimeros/polietileno/estructura 6. Información sobre Polipropileno y Generalidades PROPILCO Extraído de un sitio web el 12 de diciembre del 2014 http://www.esenttia.co/downloadableFiles/technologyServices/informacionPolipropileno/421 _Generalidades_con_Logo.pdf 7. Qué es el Polipropileno PETROQUIM Extraído de un sitio web el 12 de diciembre del 2014 http://www.petroquim.cl/que-es-el-polipropileno/ 8. Polipropileno Extraído de un sitio web el 12 de diciembre del 2014 http://www.textoscientificos.com/polimeros/polipropileno 9. Materiales para engranajes plásticos Extraído de un sitio web 22 de octubre del 2014 http://www.monografias.com/trabajos16/materiales-plasticos/materialesplasticos.shtml#MATENGRAN 10. Propiedades del cobre Extraído de un sitio web 22 de octubre del 2014 http://elementos.org.es/cobre 11. Propiedades del aluminio Extraído de un sitio web 22 de octubre del 2014 http://aluminio.org/?p=821 12. Propiedades del termoplásticos Extraído de un sitio web 12 de diciembre del 2014 http://quantum.cucei.udg.mx/~saguf/descargas/termoplasticos 13. Propiedades del polioximetileno Extraído de un sitio web 12 de diciembre del 2014 http://centrodeartigo.com/articulos-utiles/article_104345.html 14. Propiedades del poliacetal Extraído de un sitio web 22 de octubre del 2014 http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/07/poliacetal-pom.html

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ANEXOS Anexo 1: Funciones dentro del grupo Para lograr tanto nuestro objetivo general como los objetivos específicos que tenemos, hemos visto propicio designar funciones claras y específicas para cada uno de los miembros de nuestro grupo de trabajo. Estas se muestran en la siguiente tabla:

INTEGRANTE DEL GRUPO (NOTA)

FUNCIÓN

ESPECIFICACIÓN DE LA FUNCIÓN

REPRESENTANTE

Encargado de mantener un vínculo a lo largo del ciclo con el profesor y los jefes de práctica, así como enviar los correos electrónicos y la presentación de los informes escritos en secretaría. Asimismo, junto con el coordinador de logística apoya en velar por la integridad del grupo

Carlos Eyzaguirre (4/4)

COORDINADOR DE LOGÍSTICA

Encargado de coordinar los temas logísticos que se presentarán a lo largo del trabajo, tales como establecer y coordinar los horarios de trabajo y puntos de reunión, conseguir las herramientas para todo momento que sea necesario, entre otros.

Sergio Munguía (4/4)

SEGURIDAD DEL EQUIPO

Encargado de velar por el cuidado del electrodoméstico en un casillero en la PUCP. Asimismo, deberá encargarse de que no se pierdan las piezas.

Alvaro Ramirez Joo (4/4)

FOTOGRAFÍA Y ENSAMBLAJE

Encargados de la documentación analítica y gráfico de las piezas del electrodoméstico así como el orden de ensamblaje del mismo.

EDITOR DE INFORMES

Encargada de velar por la correcta redacción y presentación (ortografía, bibliografía, formalidades, etc.) de los informes. Asimismo, debe velar porque la presentación del trabajo sea visualmente atractiva y didáctica.

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Andrea Gómez (4/4) John Taco (4/4)

Xiomara Montalvo (4/4)

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