EXAMEN.NoMetalicos.19.JUNIO.2009

EXAMEN DE MATERIALES NO METALICOS / CONVOCATORIA -- /-- 19/Junio /2009/1.
PARTE: POLIMEROS.
TEORIA ( ELEGIR 2 PREGUNTAS).
T1.- (i) ¿Cuál es el peso molecular de los polímeros siguientes si el grado de polimerización es 1000?.
H = 1, C = 12, O = 16, N = 14,
(ii).-200 gramos de un material polimérico constan de las fracciones que se dan en la tabla siguiente:
Determinar los valores del peso molecular medio en número ( M n ) , del peso molecular medio másico
( M w ) y del índice de polidispesividad.
T2.- En la figura se muestran dos disposiciones de canales de colada primarios y secundarios para moldes de
impresión múltiple. ¿Cuál de ellas se debe utilizar?. Razonar la respuesta
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PARTE: POLIMEROS.
T3.- (i) En una máquina de extrusión el material se adhiere al tornillo (screw) y se desliza sobre la camisa
(barrel). ¿Habrá transporte de material bajo dichas condiciones?. Razonar la respuesta.
(ii).- En la figura se dan los detalles de la zona de dosificación del tornillo de una máquina de extrusión. ¿En
que sentido ha de ser la rotación del tornillo, para que el transporte del material tenga lugar en la dirección
indicada?. Razonar la respuesta.
(iii).- Un determinado polímero se obtiene por extrusión mediante una máquina de tornillo simple, cuya
zona de dosificación (figura apartado (ii)) tiene las dimensiones siguientes: diámetro interior de la camisa,
D = 150 mm, paso de la hélice C = 150 mm, altura de los hilos de la hélice: H = 9 mm, anchura de los hilos
de la hélice e = 15 mm. El tornillo gira a 100 revoluciones / minuto. Se pide :
(a).- Calcular el ángulo de la hélice ¿Qué denominación tiene este tipo particular de hélice?.
(b).- Determinar el volumen de polímero que es arrastrado por cizalladura a lo largo del canal helicoidal
cuando no está colocada la boquilla con el plato rompedor (descarga abierta).
NOTA: Se tendrá en cuenta que el flujo de arrastre que hay entre un par de placas paralelas, una fija y otra
móvil con una velocidad Vd, separadas por una distancia H, viene dado : Qd = (1/2)THVd, donde T es la
anchura del canal.
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PARTE: POLIMEROS.
PROBLEMAS (ELEGIR 1).
P1.- Una tubería continua de polietileno de alta densidad (PEAD) esta soportada sobre columnas, las cuales
están igualmente espaciadas. La tubería tiene un diámetro exterior de 90 mm y un espesor de 8 mm.
Determinar el espaciado máximo entre columnas teniendo en cuenta que la tubería no debe tener en ninguna
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parte una deflexión de más de 10 mm después de un período de tiempo de 10 segundos. La temperatura es
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de 20 ºC, la densidad del polietileno 970 kg/m , el coeficiente de Poisson 0.41.
Usar los datos de la complianza de fluencia a cizalladura que se dan en la figura 1, juntamente con el
método de superposición tiempo-temperatura para estimar la complianza de fluencia a cizalladura a la
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temperatura de 20 ºC y en el tiempo de 10 segundos. La relación entre el modulo de elasticidad (E) y el de
cizalladura (G) es: E = 2G(1+υ), siendo υ el coeficiente de Poisson. El momento de inercia de un cilindro de
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radio R con respecto a su eje es: I = πR /4.
Figura1
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PARTE: POLIMEROS.
P2.- Se desea fabricar dos piezas moldeadas rectangulares idénticas de Nylón 6 mediante moldeo por
inyección. La disposición del molde es la que se muestra en la figura 1, y consiste en un bebedero cilíndrico
que conecta las dos cavidades rectangulares con la salida de la espiga, que esta situada en el centro. Se
pide:
(i). – Despreciando los efectos de esquina y las pérdidas en la compuerta, calcular la presión mínima
requerida en la salida de espiga para llenar las cavidades rectangulares en un período de 0.5 segundos.
(ii) .-Si la presión en la salida de la espiga es dos veces la mínima requerida para llenar el molde, calcular la
fuerza de sujeción o de apriete requerida.
El proceso de inyección se puede asumir que es isotérmico. El polímero fundido es no newtoniano y
obedece a un modelo de ley de potencial con las siguientes constantes:
-1
-1
⎛•⎞
Velocidad de deformación por corte ⎜ γ ⎟ 100 s – 1000 s : C = 500, n = 0.8
⎝ ⎠
-1
-1
⎛•⎞
Velocidad de deformación por corte ⎜ γ ⎟ 1000 s – 10000 s : C = 4000, n = 0.5
⎝ ⎠
Bebedero
Longitud = 40 mm
Diámetro = 4 mm
Salida de la espiga
FIGURA 1
Cavidades 100 mmx30 mmx 2 mm (Espesor)
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PARTE : REFRACTARIOS.
TEORIA (3 elegir 2)
T1.- (i).- Deducir la expresión de la conductividad térmica global del panel de la figura formado por dos
materiales, cuyas conductividades térmicas son k1 y k2 . Analizar el caso particular en el cual k 2 k1 ,
¿Qué consecuencia práctica se puede sacar desde el punto de vista del diseño del revestimiento refractario de
un horno con el objetivo de minimizar las pérdidas de calor a través de las paredes?.
(ii).- Para un mismo valor de la porosidad de un ladrillo refractario aislante, ¿ Qué es preferible para la
conductividad térmica un tamaño de poro pequeño o grande?. Razonar la respuesta
T2.- En la producción a nivel industrial de refractarios se emplean mezclas con una distribución de tamaños
de partícula, tal que den lugar a una mayor eficiencia del empaquetamiento. La elección de dicha
distribución puede basarse en la ecuación de Andreasen, la cual permite determinar la proporción de cada
tamaño de partícula en la mezcla. Dicha ecuación tiene la forma:
⎡ a ⎤
FM (a ) = 100 ⎢
⎥
⎣ aMAX ⎦
n
FM(a) = Tanto por ciento acumulado de partículas menores que a.
a=
Tamaño de partícula
aMAX = Tamaño máximo de partícula
n = Módulo de la distribución, que es una característica de la distribución granulométrica.
Despues de las etapas de molienda y clasificación se dispone de materias primas con las siguientes
fracciones granulométricas: Gruesos1: 4-5 mm, Gruesos2: 3-4 mm, Medios1: 2-3 mm, Medios2: 1-2 mm
Finos: 0.1-1 mm e Impalpable: < 0.1 mm. Teniendo en cuanta la ecuación de Andreasen se pide determinar
el tanto por ciento de cada fraccción granulométrica a utilizar en la fabricación de los refractarios. Suponer
un valor de n = 0.4.
T3.- Enumerar las materias primas para la fabricación de los refractarios de magnesia-grafito.
¿Qué propiedades le confiere la presencia del grafito a dichos refractarios en servicio?.
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PARTE : REFRACTARIOS.
PROBLEMAS (Elegir 1).
PROBLEMAS (Elegir 1)
P1.- La densidad global de una muestra de material refractario conformado es de 2.32 g/cm3 y su densidad
real 3.20 g/cm3. Después de sumergida en agua durante 24 horas, el agua absorbida representa el 10 % del
peso del material refractario seco. Se desea saber el porcentaje de poros cerrados del material refractario, así
como su densidad aparente.
P2.- (I).- Se desea instalar un horno con coraza de acero en Siberia , donde las condiciones ambientales en
invierno , frecuentemente, son : temperatura del aire 0 y velocidad del viento v = 20 mph. El horno va a
trabajar a una temperatura de 2200 °F y se desea que la coraza de acero tenga una temperatura de 200 ºF.
Diseñar el revestimiento refractario-aislante (R&A) y determinar las pérdidas de calor, sabiendo que se van a
utilizar como materiales los siguientes: PLASTIC INSULCRETE Y PANELCOTE, ambos en estado no
conformado.
(II).-Suponer que durante el verano se tiene un periodo de 2 semanas donde las las condiciones ambientales
son : temperatura del aire 80 °F y velocidad del viento v = 0 mph. ¿Cuál sería el efecto sobre el diseño del
revestimiento y las perdidas de calor?.