Ingeniería Civil Metalúrgica

Los aceros TWIP (Twinning Induced Plasticity) son aleaciones de hierro con alto porcentaje de manganeso (17-30%) y con bajas cantidades de carbono. Son completamente austeníticos y con la particularidad que presentan distintos mecanismos de deformación, dependiendo de la Energía de Falla de Apilamiento, la cual es dependiente de la composición y temperatura. Los mecanismos de deformación que pueden presentar estos aceros son: maclado mecánico, transformación martensítica, envejecimiento por deformación dinámica y deslizamiento de dislocaciones. Como antecedente de estos aceros se tiene, que el esfuerzo máximo decae al aumentar la velocidad de deformación. La hipótesis presentada en esta tesis formula la idea de que a partir de ensayos de tracción a distintas velocidades de deformación es posible determinar la dependencia entre límite elástico y la velocidad de deformación, correlacionándolos con los mecanismos de deformación a distintos niveles de deformación. Para cumplir con la hipótesis propuesta se formularon tres objetivos específicos. Se efectuaron ensayos mecánicos para determinar las propiedades mecánicas y poder realizar comparaciones de éstas a distintas velocidades de deformación. Los ensayos realizados determinaron que, al aumentar la velocidad de deformación, el límite elástico no varía en mayor proporción, pero si decae el UTS y el alargamiento a rotura. Con esto se pudo concluir que al variar la velocidad de deformación en los aceros TWIP éste tiene un comportamiento distinto debido a los mecanismos de deformación que actúan en el acero. Se llevó a cabo un análisis detallado de los parámetros que relacionan la velocidad de deformación con la tensión en los aceros TWIP, con el fin de evaluar su comportamiento mecánico y su respuesta a distintas velocidades de deformación. En particular, se determinó el índice de sensibilidad a la velocidad de deformación (m) de la aleación, que representa la relación entre la tasa de cambio de la tensión y la tasa de cambio de la velocidad de deformación. Los resultados mostraron que el valor para esta aleación fue de -0.001 en general, lo que indica que, al aumentar la velocidad de deformación, el esfuerzo máximo disminuye. Además, se obtuvo una resistencia a la tracción de 882,7 MPa a una velocidad de deformación intermedia de 0,01s-1, lo que sugiere que esta aleación presenta una buena resistencia mecánica en condiciones específicas de deformación. Con estos resultados, se llevó a cabo un análisis detallado de los mecanismos de endurecimiento presentes durante los ensayos mecánicos a distintas velocidades de deformación, lo que permitió una mejor comprensión del comportamiento mecánico de los aceros TWIP y distintas velocidades de deformación.

El presente trabajo de memoria está enfocado en proponer una metodología para generar una cartera de proyectos de asesoría técnica solidaria que permita a los estudiantes del Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Materiales (DIMM) desarrollar sus prácticas y memorias de titulación en pequeñas empresas del sector metalúrgico de las regiones de Valparaíso y Metropolitana. En primer lugar, se presenta una descripción de la problemática de escasa vinculación del estudiante con el medio empresarial y la responsabilidad social, competencia transversales sello que deben ser parte de la formación de los profesionales de la Universidad Técnica Federico Santa Maria. Posteriormente se describe la importancia de la pequeña y mediana minería para la economía del país, los diversos problemas que enfrenta y los programas especiales que existen actualmente para potenciar este sector. Luego, se detalla la importancia del sector metalúrgico metalmecánico y los diversos factores que están afectando de manera negativa su producción. A continuación, se especifican las competencias de los estudiantes del DIMM que pueden ser puestas a disposición de estos sectores. Luego se procede a identificar pequeñas empresas metalúrgicas y sus problemáticas en las cuales los estudiantes puedan desarrollar estos desafíos como temas de prácticas y memorias de titulación, al mismo tiempo que desarrollan sus competencias de carrera y transversal sello. Después de revisar los antecedentes bibliográficos, se presenta el desafío y los objetivos de esta memoria. Posteriormente, se explica la metodología implementada para recopilar oportunidades en las empresas, junto con un conjunto de rubricas para analizar los temas de acuerdo a su factibilidad de seguridad, disponibilidad de recursos y duración. También se incluye un instructivo para confeccionar fichas descriptivas de temas y tres propuestas de rubricas para evaluar los temas clasificados como memorias, prácticas industriales y profesionales, de acuerdo a criterios de impacto económica, social y ambiental, factibilidad técnica, identificación y nivel de competencias de carrera, e identificación y nivel de competencias transversal sello. A continuación, se presentan los resultados de este trabajo, donde se exponen fichas descriptivas por temas para las diferentes empresas identificadas, junto con un listado de otros posibles temas a desarrollar en un futuro periodo. Por ´último, se presenta la evaluación de cada tema empleando las rubricas y las carteras de proyectos generadas para temas de prácticas y memorias, además de algunas estadísticas que se pudieron obtener a partir de la evaluación. Con este trabajo se puede concluir que se identificaron 5 empresas para vinculación, 20 oportunidades de memorias, de los cuales 4 se encuentran en desarrollo, 1 concluido, 3 derivados a otros departamentos de la universidad y 12 temas disponibles aún. También se identificaron 5 oportunidades de prácticas en 9 secciones diferentes para desarrollar prácticas industriales y profesionales. Se formularon 6 fichas de perfiles de proyectos de asistencia técnica correspondientes a temas de memoria y 5 a temas de prácticas. Además, se incorporaron las competencias de carrera, ya que se pudo observar que el 17% de los temas de memorias evaluados con su ficha presento un nivel de más de 3 competencias, mientras que el 83% cumplió con 2 o 3 competencias. Se incorporó la competencia transversal sello de responsabilidad social y ética, ya que se pudo observar que el 100% de los temas evaluados, presento un nivel de más de 3 competencias transversales sello. En el caso de los temas de prácticas, se incorporaron las competencias de carrera, ya que el 17% de los temas cuenta con más de 3 competencias y un 67% con 2 o 3 de ellas. En estos temas se incorporó la competencia transversal sello de responsabilidad social y ética, ya que se pudo observar que el 50% de los temas evaluados, presento un nivel de mías de 3 competencias transversales sello y un 50% con 2 o 3 de ellas. Cabe destacar, que de los temas levantados un 92% se encuentra alineado con las competencias específicas de carrera y perfil de egreso del estudiante.

Para elaborar vidrio y cristal se requiere arena silícea (cuarzo) de alta calidad con granulometrías finas, generalmente de un rango entre 0,1-0,6 mm, obtenidas a partir de un sistema de molienda compuesto, entre otros equipos, por clasificadores de tamaño de partículas. Comúnmente éstos son hidrociclones, los que se caracterizan por separar las partículas en función de la gravedad específica del material, mediante la aplicación de fuerzas centrífugas y aire ascendente. La presente investigación busca explorar opciones que optimicen los procesos de clasificación, es decir, que los hagan más eficientes y sostenibles (con menos pérdidas) en cuanto a la producción. Así, el autor propone la utilización de harneros de alta frecuencia, los que presentarían un mejor rendimiento de clasificación y a nivel de proceso, o mejorar la clasificación modificando valores de diseño y condiciones operacionales. Para ello se analizó un circuito de molienda y clasificación generado en el software de simulación METSIM, en base al criterio de diseño que generalmente se utiliza en la industria de arenas silíceas y el escalamiento de datos de laboratorio para proceder al ajuste de los modelos involucrados de cada equipo de proceso, tomando como eje central que el hidrociclón es el clasificador de la molienda. Entre los hallazgos más relevantes, se evidencia que el harnero clasifica de una manera mucho más selectiva y con menos pérdidas dado que alcanza un indicador global en tamaños de separación sobre 200 [um] en un total de 85,57 [%] y el hidrociclón un 54,50 [%]. Asimismo, se demuestra que la modificación de ciertas variables operacionales y de diseño del hidrociclón, como el cambio de diámetro del vortex o aumento del porcentaje de sólidos en su alimentación, no conducen a una mejora del proceso, manteniendo eficiencias globales bajo el 60 [%]. El reemplazo del hidrociclón por un harnero de alta frecuencia no sólo representa una mejora significativa desde el punto de vista técnico, sino que también resulta un beneficio económico producto de un valor actual neto (10 años) de 28.463.479 [US$] para una planta de 40 [tph] de procesamiento.

En la refinería electrolítica, altas concentraciones de impurezas tales como el arsénico son disminuidas a través de purgas de electrolito, donde el retiro de una fracción del electrolito puede generar pérdidas económicas que pueden ser atenuadas tras procesos que buscan la remoción de impurezas, siendo el caso de este trabajo de memoria, en donde un electrolito sintético es puesto en contacto con borra anódica de plomo para evaluar la remoción de arsénico a través de un proceso de adsorción. El proceso fue evaluado a través de experimentos de remoción según un electrolito sintético, diluciones de ½, ¼, 1/10, y su razón sólido/líquido. La mayor remoción correspondiente a 27 +- 1% [mg/g] se obtuvo en un electrolito sintético sin dilución y en una razón sólido/líquido de 0,04 [g/mL], mientras que la concentración de cobre se mantuvo constante, indicando que no existen perdidas. El estudio del equilibrio de adsorción presentó un menor error de ajuste para el modelo multicapa de Freundlich, mientras que el modelo cinético de mejor ajuste correspondió al modelo cinético de pseudo primer orden de Langmuir para todas las diluciones. El aumento de la acidez tras el proceso se debió a la formación de precipitados de Schultenita en la superficie de la borra, y su equilibrio se ve afectado por cambios en la acidez tras el lavado con ácido. Además, un aumento en la temperatura del sistema a 50 [°C] implicó la disminución de la adsorción en el electrolito sin dilución a 5 +- 1% [mg/g] y una energía de activación de 6,3 [kJ/mol], por lo que el proceso ocurre a través de un mecanismo físico.

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