ProblemasTCVC.Ceramicas

PROBLEMAS DE TCVC / BLOQUE: CERAMICAS
HOJA 1
P1.- Determinar las dimensiones de una boquilla para una prensa que fabrica ladrillo hueco doble de 9 x 12 x
25 cm. La arcilla empleada tiene desgrasante. La pasta tiene un 23 % de humedad que pierde totalmente en el
secadero. La contracción lineal de cocción es del 4%.
Kgf
P2.- Un pilar de ladrillo de 0.30 x 0.30 m, construido con ladrillos de 100
de resistencia a compresión
cm 2
debe resistir una carga de 27 toneladas, siendo la tensión admisible de trabajo la mitad de la resistencia del
pilar. Se desea conocer la resistencia que debe tener el mortero de agarre.
P3.- Una fábrica de ladrillos cuece sus productos en un horno Hoffmann de 240 m de longitud y 16 m2 de
sección. El 30 % de las unidades cocidas pesan a la entrada del horno 2.6 kg/unidad, el 20% pesan 3.2
kg/unidad y el resto 1.8 kg/unidad. En las manipulaciones previas a la cocción se deterioran un 7% de los
productos, cuyos fragmentos se añaden a la materia prima cribada antes de su paso por los laminadores.
La materia prima llega a la fábrica con una humedad del 8 % respecto al peso de la arcilla seca y una
densidad aparente de 1.8 t/m3 y se introduce en los depósitos de alimentación mediante tres cintas
transportadoras planas iguales con una velocidad de 0.5 m/s. El tromel rechaza el 4% de la arcilla que
recibe.
La pasta se afina mediante laminadores de cilindros de 0.80 m de longitud y 0.60 de diámetro con ranura
entre ellos de 2 mm que giran a 40 vueltas por minuto, consiguiéndose un coeficiente de producción de
0.60. Se desea saber, para jornada de 8 horas:
a).- Ancho mínimo de las cintas
b).- Diámetro mínimo del trómel
c).- Número de laminadores que es preciso instalar
P4.- Para construir un muro de ladrillo de un pie de espesor que debe resistir 200 t/metro lineal se dispone
de dos tipos de ladrillo, que denominamos A y B y cuyas resistencias son:
Kgf
Kgf
, RIB = 300
RIA = 500
2
cm
cm 2
y de dos tipos de mortero 1 y 2 cuyas resistencias son:
Kgf
Kgf
Rm1= 100
, Rm2 = 175
2
cm
cm 2
Sabiendo que el precio de los ladrillos de mayor resistencia es triple que el de los de menor, y que el precio
del mortero más resistente es el doble del otro, determinar que materiales son los más indicados para
construir el muro.
Kgf
de resistencia a compresión debe resistir
cm 2
una carga de 30 t con un coeficiente de seguridad de 2. Hallar la resistencia que debe tener el mortero de
agarre.
P5.- Un pilar de 25 x 25 cm construido con ladrillos de 150
P6.- Con ladrillos macizos de resistencia a compresión Rc = 200
Rm = 300
Kgf
y mortero de resistencia a compresión
cm 2
Kgf
se construye un muro cuya resistencia a compresión se desea saber.
cm 2
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HOJA 2
P7.- Un ladrillo perforado tiene un peso en seco de 1.60 Kg. Se lleva a cabo un ensayo para determinar la
absorción especifica, sumergiéndolo en agua y pesando al aire cada 24 horas, hasta obtener pesos iguales en dos
medidas. Este peso resulta ser 1.82 kg.
Se ensayan otros dos ladrillos y los pesos en seco y saturados resultan ser 1.62 Kg y 1.85 Kg para el primer
ladrillo, y 1.70 y 1.95 Kg para el segundo. Se pide: determinar la absorción específica de ese tipo de ladrillo.
S .- 14.22 %
P8.- En un secadero - túnel se quieren secar 30000 ladrillos/día. Al entrar en el secadero, cada ladrillo lleva
700 gr de agua. La temperatura del aire ambiente es 20°C, la del aire a la entrada del secadero es 160 °C y la
temperatura del aire a la salida del secadero 35°C. Sabiendo que las pérdidas térmicas totales en el secadero
son 243000 Kcal/hora, hallar:
1).- Rendimiento térmico del horno.
2).- Consumo horario de carbón de 7000 Cal/gr.
P9.- Se desea saber las dimensiones que debe tener la boquilla para fabricar un ladrillo perforado de
dimensiones 5x12x25 cm. La arcilla empleada lleva desgrasante. La pasta contiene 25% de agua, que se
pierde totalmente en el secado. Para resolver este ejercicio se supondrá que todos los cambios dimensionales
tienen lugar en el secado.
P10.- Una cerámica dispone de una cantera que suministra arcilla de densidad 8 Kg/dm 3 . Esta arcilla es
transportada a fabrica mediante una cinta transportadora plana de ancho 40 cm y velocidad 0.4 m/seg.
Se supone que no hay pérdidas en este transporte.
Para eliminar los gránulos de caliza que impurifican la arcilla, se criba esta mediante un tromel cuyo
diámetro se desea saber. Este tromel rechaza 15% del total de materia prima. Con la arcilla obtenida se
fabrican ladrillos huecos sencillos de densidad aparente 1 y dimensiones 5x12x25 cm. Se desea saber
cual será la producción diaria de ladrillos si en la manipulación de los incocidos se produce 10% de
roturas. Indicar las dimensiones del horno Hoffmann, supuesto que tiene forma de estadio con L = 2 R y
que su sección es 10 m 2.
P11.- Se dispone de un muro de ladrillo macizo (resistencia a compresión a Kg/cm2) de un pie de espesor cuyo
conglomerante es mortero de cemento (resistencia a compresión b Kg/cm2). Cuál será la carga máxima que puede
soportar 3 ml. de ese muro? Razonar el resultado.
P12.- En un secadero Keller se inyecta aire caliente en tres cámaras conectadas en serie. Cada cámara
contiene 4000 ladrillos, que con 10% de humedad (en peso) que poseen pesan 2.5 Kg cada uno. El aire se toma
seco a 0 °C y vuelve al ambiente saturado de agua a 40°C.
Los ladrillos que se introdujeron en el secadero a 19 °C, salen del mismo a 59 °C. El calor perdido por las
paredes de cada cámara es de 72818 Kcal por cada carga (4000 ladrillos).
Sabiendo que los calores específicos del aire y la cerámica son 0.24 y 0.30 Kcal/Kg.ºC, respectivamente, y que
la potencia calorífica del carbón es de 5000 Kcal/Kg, se pide calcular los gramos de carbón consumidos en el
secado de cada ladrillo.
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HOJA 3
P13.- De un secadero hay que eliminar 13.692 Kg de vapor. El aire ambiente esta saturado a 20 °C.
Después se calienta, se inyecta en el secadero y sale del saturado a 60 °C. Se pide: calcular los metros
cúbicos de aire que se tomaran del ambiente y los que saldrán del secadero.
P14.- Para fabricar una bovedilla cerámica se emplea como materia prima una arcilla con desgrasante
que tiene un 18% de humedad. Se desea saber las dimensiones de la boquilla para obtener una pieza de
65 x 16 cm.
SOLUCION: 65.38 x 16.08 cm.
P15.- Un muro esta constituido por ladrillos macizos trabados por mortero de resistencia
resistencia del ladrillo
Kgf
. ,Cual será la resistencia del muro?
cm 2
Kgf
, siendo la
cm 2
SOLUCION: 130 Kg/cm2.
P16.- Para hallar la absorción específica de un forjado cerámico se ensayan tres probetas que en seco
pesan 7.5, 7.6 y 8.0 Kg. Se sumergen en agua 24 horas, se sacan, se secan con un trapo y pesan,
volviendo a introducirlas en agua 24 horas. Se repite la operación hasta llegar a pesadas constantes
respectivas de 9, 9.12 y 9.5 Kg. ¿ Cuál es la absorción especifica?
SOLUCION: 19.58%
P17.- En un secadero se desea sacar 40000 ladrillos/día. Al entrar en el secadero cada ladrillo lleva 525
g de agua. La temperatura ambiente es de 20 °C, la del aire a la entrada del secadero 160°C y Ia del aire
a la salida del mismo 35 °C. Sabiendo que las perdidas totales en el secadero son 250000 Kcal/hora, y
que el rendimiento térmico del mismo es 89.44%, hallar el consumo diario de carbón de 80000 Kcal/Kg.
SOLUCION: 296.07 Kg/hora.
P18.- Para construir un muro de ladrillo de un pie de espesor, que debe resistir 250 toneladas/metro
Kgf
Kgf
, R2 = 300
) y de dos tipos de mortero
lineal, se dispone de dos tipos de ladrillo ( R1 = 500
2
cm
cm 2
Kgf
Kgf
(R m1 = 100
, R m2 = 185
). Sabiendo que el precio de los ladrillos es triple el de calidad superior
2
cm
cm 2
al de calidad inferior, y el de los morteros el doble, que materiales son mas indicados para hacer el muro?
SOLUCION: Ladrillo barato y mortero caro.
P19.-Los datos obtenidos en un ensayo de viscosidad para una pasta de arcilla son:
2
(dinas/cm )
200
250
320
360
400
d γ −1
(s )
dt
4
10
20
30
50
Modelizar su comportamiento como cuerpo de Bingham perfecto en base a los tres primeros datos, determinando la
viscosidad aparente y el cortante critico. Comparar con el comportamiento real y con el de un modelo pseudoplástico,
dγ
= 1 s −1 .
determinando para éste los valores de K y n, y el valor de la viscosidad para
dt
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HOJA 4
P20.- Hallar las dimensiones que debe tener la boquilla de una galletera (Extrusora), que debe fabricar el tipo
de ladrillo, que se muestra en la figura , en el que las perforaciones se realizan en tabla.
FIGURA
Las dimensiones son:
Soga: 25.5 cm
Tizón: 12.5 cm
Espesor o grueso: 10 cm
Se emplea como materia prima arcilla con desgrasante. La pasta cerámica tiene un 25 % de humedad que se
pierde totalmente en el secadero. La contracción lineal durante el proceso de cocción es del 4 %.
Una vez que sale de la galletera , ¿Cuál debe ser la distancia entre los cortes consecutivos del conformado
continuo de sección transversal constante?.
P21.- Hallar las dimensiones que debe tener la boquilla de una galletera (Extrusora), que debe fabricar el tipo
de ladrillo, que se muestra en la figura.
Las dimensiones son:
Soga: 33 cm Tizón: 15 cm Espesor o grueso: 10 cm
Se emplea como materia prima arcilla con desgrasante. La pasta cerámica tiene un 20 % de humedad que se
pierde totalmente en el secadero. La contracción lineal durante el proceso de cocción es del 5 %. Una vez
que sale de la galletera , ¿Cuál debe ser la distancia entre los cortes consecutivos del conformado continuo de
sección transversal constante?.
P22.- Se mezclan en peso gruesos y finos en la relación
Gruesos
= n , siendo sus características:
Finos
DENSIDAD DE CONJUNTO
DENSIDAD GLOBAL
GRUESOS
Dcg
Dgg
FINOS
Dcf
Dgf
Hallar la ley de variación de la densidad de conjunto la mezcla resultante en función de n.
PROBLEMAS DE TCVC / BLOQUE: CERAMICAS --------
HOJA 5
P23.- Para la fabricación de una pieza cerámica se dispone de una fracción gruesa y una fina, cuyas densidades
global y de conjunto son las siguientes:
Densidad global Densidad de conjunto
(g/cm3)
(g/cm3)
Fracción gruesa
2.60
1.65
Fracción fina
2.55
1.50
Se desea saber:
(a).- Volumen de conjunto de fracción fina que debe añadirse a 1 m3 de fracción gruesa para obtener una
mezcla de oquedad mínima y valor de ésta.
(b).- Proporción
Fracción gruesa
que produce la máxima densidad del conjunto y valor de esta.
Fracción fina
(c).- Compacidad de conjunto de la mezcla resultante de añadir 400 dm3 de fracción fina a 800 dm3 de fracción
gruesa, medidas ambas en volumen del conjunto.
(d).- Densidad de conjunto que se obtiene al mezclar fracción gruesa y fina,
Fracción gruesa
en peso es 2.5.
Fracción fina
cuando la relación
P24.- Se mezclan pesos iguales de gruesos y finos de las siguientes características:
DENSIDAD APARENTE
ρ AP (g/ Cm )
3
DENSIDAD DE CONJUNTO
ρC
(g/ Cm3)
GRUESO
2.6
1.682
FINO
2.65
1.730
Se desea saber la densidad de conjunto de la mezcla, ¿Es la máxima que se puede obtener mezclando los
gruesos y los finos dados?. En el caso de que la respuesta sea negativa, ¿Cual debe ser el valor de la relación
Gruesos
= n para que la densidad de conjunto de la mezcla sea máxima y cuál es su valor?
Finos
P25.- En un material granular para la fabricación de una pieza por prensado se mezclan gruesos y finos
en la proporción 2 de gruesos por 1 de finos en volúmenes de conjunto. Hallar el tanto por ciento que
aumenta el volumen de conjunto de los gruesos al añadirle los finos, sabiendo que:
DENSIDAD DE CONJUNTO
ρC
GRUESOS
(g/cm3)
1.80
DENSIDAD GLOBAL
ρG (g/cm3)
2.50
Calcular la densidad de conjunto de la mezcla sabiendo que la densidad de conjunto de los finos es de 1.68
g/cm3.
PROBLEMAS DE TCVC / BLOQUE: CERAMICAS --------
HOJA 6
P26.- En el prensado uniaxial de acción simple, aplicando una presión axial
Pa , de una pieza cilíndrica de
altura H y diámetro D , la presión axial transmitida a la distancia y ( Py ) de la superficie donde se aplica la
presión axial , viene dada por:
Py = Pa e
donde:
f =
V
 4y 


 D 
Coeficiente de fricción entre la masa de polvo y la pared del molde.
KH =
V
− fK H
Relación entre la presión horizontal y vertical.
Se pide:
(a).- Deducir la expresión anterior.
(b).- Si
f = 0.375, K H = 0.333,
V
Py
H
y
= 2 , dibujar la curva que nos da la evolución de
en función de
.
Pa
D
D
Si Pa = 750 MPa, ¿Cuál es la presión de prensado en el extremo de la pieza donde no se aplica la presión?.
¿A que nos conduce el elevado gradiente de presión de compactación que existe?. Como se puede disminuir el
gradiente de presión de compactación.
(c).- Si se realiza un prensado uniaxial de doble acción en el que
prensado mínima y en que parte de la pieza se produciría?.
Pa =
750 MPa , ¿Cuál sería la presión de
P27.- Se dispone de una fracción gruesa y una fina de las siguientes características:
DENSIDAD GLOBAL
DG(Kg/ m3)
DENSIDAD DE CONJUNTO
DC(Kg/ m3)
GRUESOS
2.6
1.6
FINOS
2.5
1.5
Se mezclan en la proporción
Finos
3
= en volúmenes relativos. Se pide determinar:
Gruesos 1
(a).- ¿En qué proporción están los volúmenes de conjunto y los pesos?.
(b).- El tanto por ciento que aumenta el volumen de conjunto de la fracción fina al añadirle la gruesa.
(b).- El tanto por ciento que aumenta el volumen de conjunto de la fracción gruesa al añadirle la fina.
PROBLEMAS DE TCVC / BLOQUE: CERAMICAS -------P28.- En el prensado uniaxial de acción simple, aplicando una presión axial
HOJA 7
Pa , de una pieza cilíndrica de
altura H y diámetro D , la presión axial transmitida a la distancia y ( Py ) de la superficie donde se aplica la
presión axial , viene dada por:
Py = Pa e
donde:
f =
− fK H
V
 4y 


 D 
Coeficiente de fricción entre la masa de polvo y la pared del molde.
KH =
V
Relación entre la presión horizontal y vertical.
Se pide:
(a).- Deducir la expresión anterior y expresarla en función del área de fricción y de la de prensado de la pieza.
(b).- ¿Cuál sería la expresión equivalente para un anillo cilíndrico de diámetro exterior De y diámetro interior
Di?.Si
4 fK H
V
Py
H
y
=
2
= 0.15 y
dibujar la curva que nos da la evolución de
en función de
para los
Pa
De
D
casos en que Di = 0.5De y Di = 0.9De ¿Qué son más favorables en el prensado las paredes delgadas o las
gruesas?.
P29.- La celda unitaria del Al2O3 tiene una simetría hexagonal con los siguientes parámetros de red:
a = 0.4759 nm
b = 1.2989 nm
Si la densidad del Al2O3 es 3.99 g/cm3, determinar su factor de empaquetamiento atómico.
DATOS: RAl3+ = 0,053 nm , RO2- = 0,140 nm , MAl = 27 , MO = 16.
R.- 84.15 %.
P30.- Un tipo hipotético de material cerámico AX tiene una densidad de 2.65 g/cm3 y una celda unitaria de
simetría cúbica cuyo lado tiene una longitud de 0.43 nm. Los pesos atómicos de A y X son 86.6 y 40.3 g/mol,
respectivamente. Tomando como base la información anterior, cual o cuales de las siguientes estructuras
cristalinas son posibles para dicho material: (a).- sal común (b).- cloruro de cesio (c).- Sulfuro de zinc.
Justificar la respuesta
PROBLEMAS DE TCVC / BLOQUE: CERAMICAS --------
HOJA 8
P31.- En el prensado uniaxial de acción simple, aplicando una presión axial
Pa , de una pieza paralepipédica de
altura H y lados de la base a y l, siendo l ≤ a y H = 0.5a, la presión axial transmitida a la distancia y ( Py ) de la
superficie donde se aplica la presión axial, viene dada por:
Py = Pa e
donde:
f =
KH
−2 fK H
a +l y
V l a
Coeficiente de fricción entre la masa de polvo y la pared del molde.
= Relación entre la presión horizontal y vertical.
V
Se pide:
(a).- Deducir la expresión anterior y expresarla en función del área de fricción y de la de prensado de la pieza.
(b).- Si
f = 0.375, K H = 0.5, dibujar las curvas que nos dan la evolución de
V
Py
Pa
en función de
y
, en los
a
casos siguientes: (i).- a = 0.25l (ii).- a = 0.5l y (iii) a = l (Pieza de base un cuadrado). ¿Qué es más favorable
prensar una pieza de base cuadrada o rectangular?.
(c).- Si Pa = 750 MPa y a = l, ¿Cuál es la presión de prensado en el extremo de la pieza donde no se aplica la
presión?. ¿A que nos conduce el elevado gradiente de presión de compactación que existe?. Como se puede
disminuir el gradiente de presión de compactación.
(c).- Si se realiza un prensado uniaxial de doble acción en el que
prensado mínima y en que parte de la pieza se produciría?.
Pa =
750 MPa , ¿Cuál sería la presión de
P32.- La celda unitaria del compuesto MgFe2O4 (MgO.Fe2O3) tiene una simetría cúbica con una longitud del
lado igual a 0.836 nm. Si la densidad de este material es de 4.52 g/cm3 determinar su factor de
empaquetamiento atómico.
DATOS: RFe3+ = 0,069 nm , RO2- = 0,140 nm , RMg2+ = 0,072 nm MFe = 55.85 , MO = 16. MMg =24.32
R.- 68.85 %.
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HOJA 9
P33.- Se desea prensar uniaxialmente (Mediante una prensa de acción simple), aplicando una presión axial Pa,
una pieza paralepipédica de altura H y lados de la base A y L, siendo L ≤ A y H = 0.5A, que tiene un agujero
rectangular centrado de dimensiones αA y αL (0 ≤ α <1). La presión axial transmitida a la distancia y (Py) de
la superficie donde se aplica la presión axial, viene dada por:
A+ L y
−2 fK H
V (1−α ) L A
Py = Pa e
donde:
f =
KH
Coeficiente de fricción entre la masa de polvo y la pared del molde.
= Relación entre la presión horizontal y vertical.
V
Se pide:
(a).- Deducir la expresión anterior.
(b).- Si f = 0.375, K H = 0.5 y A = L (Pieza de base y agujero cuadrados) dibujar las curvas que nos dan la
V
evolución de
Py
en función de
y
, en los casos siguientes: (i).- α = 0.25 (ii).- α = 0.5 y (iii) α = 0.75 . ¿Qué es
A
Pa
más favorable prensar una pieza con mayor o menor agujero central?. ¿A qué corresponde el caso α = 0?.
y
P
Dibujar, también para este caso, la curva que nos dan la evolución de y en función de
A
Pa
(c).- Si Pa = 750 MPa , A = L y α = 0.75, ¿Cuál es la presión de prensado en el extremo de la pieza donde no
se aplica la presión?. ¿A que nos conduce el elevado gradiente de presión de compactación que existe?. Como
se puede disminuir el gradiente de presión de compactación.
(c).- En el caso del apartado (c), si se realiza un prensado uniaxial de doble acción en el que
¿Cuál sería la presión de prensado mínima y en que parte de la pieza se produciría?.
Pa =
750 MPa ,