Materiales Nuevos

1.- Presente un caso, adecuadamente documentado, en el que un ADI sustituya a algún otro material metálico, exponiendo las ventajas de su aplicación, en términos técnicos y económicos.

Un ADI (fundición nodular austemperada) es un material de reciente desarrollo que posee excelentes propiedades, entre ellas resistencia a la tracción, al desgaste, bajo peso específico, etc. Debido a estas características ha sido utilizado recientemente para sustituir o reemplazar otros materiales generalmente acero, en piezas con geometría predefinida. Uno de estos casos es el reemplazo de acero por ADI, en la construcción de levas para máquinas envasadoras, para lo cual se realizó un estudio en la Universidad Nacional de Mar del Plata, en el que se estudiaron dos alternativas, la primera reemplazando el material y la segunda realizando el cambio de material más el cambio de geometría para obtener un diseño optimizado, la siguiente figura muestra las geometrías y dimensiones de la leva original y el diseño optimizado, con un diámetro máximo de 315 mm:

Se observa que un gran volumen de material, ADI, de alta tecnología y valor, es subutilizado en el diseño original. Esto sugiere que una importante cantidad de material podría eliminarse, sin resentir el desempeño de la pieza. Por otra parte, incrementando el estado tensional en el volumen remanente de la leva, vuelve a hacerse necesario un material de mayor resistencia, haciendo más justificable, en ese caso, el uso del ADI. En tal sentido, se realizó el rediseño de la pieza, consistente en la eliminación de material, a la vez que se verifica la influencia de la nueva geometría en el estado tensional de la misma, en las siguientes imágenes se observa la influencia del nuevo diseño en el estado tensional de la leva:

La utilización de la fundición nodular permite realizar importantes cambios en el diseño, con lo cual, se logra fabricar en una sola pieza, componentes tales como la leva y la maza, usualmente fabricadas como piezas separadas, lográndose mayores ventajas.

Mediante los cálculos realizados en el estudio, se observó que el diseño optimizado de la leva, permitió disminuir hasta en un 42% el peso de la misma, y hasta un 36% su volumen. Mientras el peso de la pieza fabricada en acero es de 86,4 N, cuando se utiliza la fundición nodular el mismo baja a 78,5 N y hasta 49,9 N cuando se utiliza el diseño optimizado. Esto trae ventajas, tanto mecánicas como económicas, las que se verían incrementadas aplicando criterios similares en piezas de mayor tamaño. Las ventajas mecánicas tienen que ver con la disminución de esfuerzos sobre los apoyos, en los que también influyen las cargas inerciales, y en el peso total del equipo. Se realizó también el análisis de las ventajas económicas introducidas por los nuevos diseños. Los resultados obtenidos muestran que el uso del ADI en la leva optimizada, permite alcanzar una reducción de costo del ~20 %. Cuando se compara el costo del conjunto leva y maza, esta reducción alcanza al 29 %. Finalmente se muestran los prototipos fabricados para la las levas diseñadas junto con el diseño original:

2.- Proponga una aplicación para un material con memoria de forma, justificando plenamente porque este tipo de material puede resultar una alternativa válida para ello.

Los materiales con memoria de forma son materiales que reaccionan bajo cambios físicos o químicos, variaciones de campos magnéticos o eléctricos, y que al volver a las condiciones iniciales recuperan su forma original, y son capaces de repetir este proceso, actualmente son más utilizados en la medicina y la robótica. En mi opinión, una posible aplicación para los materiales con memoria de forma es la del reforzamiento para algunas estructuras vulnerables a desastres naturales como terremotos, huracanes o tornados.

Debido a las propiedades de estos materiales,como el efecto de memoria de forma y el de superelasticidad, éstos son un buen candidato para crear sistemas de amortiguamiento y de unión en estas estructuras, como por ejemplo en los puentes, los cuales están sometidos a constantes esfuerzos y cargas causadas por fuertes vientos o terremotos, las cuales pueden producir daños irreparables en su estructura. El uso de materiales con memoria de forma podrían mejorar el desempeño de las estructuras ya que podrían ofrecer una posible recuperación a las deformaciones estructurales causadas por estas cargas, ya que la relación esfuerzo – deformación en estos materiales se caracteriza por una buena ductilidad, por el efecto de superelasticidad y por una posible variación

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