Experimento para estadistica.

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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON
FACULTAD CIENCIAS QUÍMICAS

Ingeniero Industrial Administrador

Estadística y Diseño de experimentos 

Mauricio Torres.

“Porosidad en la soldadura de sistemas catalizadores”

Grupo: 06

Jesus Ernesto Martinez Gallegos         1580061

San Nicolás de los Garza, NL. a 23 de Mayo del  2016.

Contenido

RESUMEN        

INTRODUCCIÓN        

METODOLOGÍA        

RESULTADOS        

RESUMEN

En el siguiente documento se presenta un diseño factorial 2^3 llevado a cabo con datos proporcionados por la empresa KATCON S.A. de C.V., fabricadora de convertidores catalíticos y sistemas de escape para la industria automotriz.

El experimento se basa en el proceso de soldadura  con arco de tubería y lámina para formar los sistemas catalizadores (también llamados convertidores catalíticos), el cual se realiza manualmente con las siguientes variables bajo el control de los operarios:

1. Voltaje
2. Amperaje
3. Velocidad del cable

La respuesta del experimento es la calidad de la soldadura en términos de porosidad, la cual es medida en cantidad de poros por línea de soldadura.

La porosidad fue elegida como variable de respuesta pues es una característica importante del convertidor catalítico ya que, al tener la función principal de reducir las emisiones contaminantes generadas por el motor de los automóviles, es muy importante la hermeticidad de la pieza para que las reacciones químicas se lleven a cabo correctamente.

INTRODUCCIÓN

El diseño de experimentos es la planificación de un conjunto de pruebas experimentales, de forma que los datos generados puedan analizarse estadísticamente para obtener conclusiones válidas y objetivas acerca del problema establecido.

En un experimento es muy importante su reproducibilidad, es decir, poder repetir el experimento. Ya que eso nos proporcionaría una estimación del error experimental y permite obtener una estimación más precisa del efecto medio de cualquier factor. En este proyecto se realizará un diseño de experimentos de un proceso llevado a cabo en KATCON S.A. de C.V.

La empresa KATCON S.A. de C.V. cuenta con dos plantas en Nuevo León que en conjunto funcionan como una empresa especializada en la fabricación de convertidores catalíticos y sistemas de escape para la industria automotriz.

El sistema de escape en un equipo o vehículo es el conjunto de tubos o conductos que permiten a los gases de la combustión del motor escapar al medio ambiente. Se forma con distintos componentes, pero en este proyecto nos vamos a centrar en los sistemas catalizadores también llamados convertidores catalíticos. Son piezas caras que no son imprescindibles para el funcionamiento de un automóvil pero su utilización se debe a la necesidad de eliminar un porcentaje de los gases tóxicos que acompañan al escape del motor. El catalizador produce modificaciones químicas en los gases de escape de los automóviles antes de liberarlos a la atmósfera.  A este dispositivo entran los gases aun calientes procedentes del motor y en su interior se producen las reacciones químicas catalíticas que convierten los gases tóxicos, en gases no tóxicos.

Las transformaciones se producen cambiando el monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno e hidrocarburos (que son compuestos contaminantes) a dióxido de carbono, nitrógeno y agua. Como elementos catalizadores más utilizados se encuentran el platino y el rodio. La estructura interna de estos sistemas se encuentra revestida con óxido cerámico con platino o rodio en pequeñas cantidades y adopta la forma de panal de abeja (tubos hexagonales ), ya que de este modo se consigue que los gases de escape encuentren una superficie lo más grande posible de material catalizador.  

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En este documento se expondrán los 3 factores que intervienen en el proceso de soldadura de tubería y lámina para formar los sistemas catalizadores, que son los siguientes:

• Voltaje: Es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor. Es decir, conduce el flujo de corriente eléctrica con mayor o menor potencia. Es la fuente de alimentación de energía para la soldadura.
• Amperaje: Es la fuerza o la potencia en una corriente eléctrica circulando entre dos puntos (negativo y positivo) a través de un conductor o cable eléctrico. En nuestro proceso, significa la potencia o el calor de una máquina de soldar.
• Velocidad del cable: Velocidad a la que el cable para soldar pasa por la pistola.

En base a los datos recabados acerca del efecto de los tres factores que intervienen en el proceso de soldadura se hará un análisis para conocer qué tan significativo llega a ser su efecto individual y de  interacciones sobre la porosidad de la soldadura medida en poros por cordón de soldadura.

Es importante tener un control sobre la porosidad de la soldadura ya que si existen poros, se verá afectada la hermeticidad del sistema catalizador y no podrá cumplir con eficiencia su función (disminuir las emisiones contaminantes producidas por el motor) ya que por estos medios podrían fugarse los gases antes de ser llevadas a cabo las reacciones químicas.

El objetivo principal de éste producto integrador de aprendizaje es realizar un Diseño de Experimento 2^3 aplicado en la industria, con las herramientas estadísticas vistas en las sesiones, para analizar y concluir que factores si están influyendo realmente en el proceso de soldadura de tubería y lámina para sistemas catalizadores.

METODOLOGÍA

Después de entrar en contacto Emmanuel Alejandro García Durán, empleado de KATCON con el puesto de Ingeniero en Calidad de Proveedores se nos dio una introducción sobre la función de la empresa y los objetos ahí producidos. La empresa se encarga de fabricar sistemas de escape automotrices y es proveedora destacada en países como India, Venezuela, Australia, China, México y recientemente firmó un contrato con Alemania.

Para comenzar con el diseño de experimentos, primero se investigó más a detalle las etapas de funcionamiento de los sistemas catalizadores para entender la importancia de su función.

La primera etapa del convertidor catalítico es el catalizador de reducción, el cual utiliza elementos químicos como el platino y rodio para disminuir las emisiones de NOx. (Óxido de nitrógeno) funcionando de tal forma que cuando una molécula de monóxido o dióxido de nitrógeno entra en contacto con el catalizador, éste atrapa el átomo de nitrógeno liberando el átomo de oxígeno y luego posteriormente el átomo de nitrógeno se une con otro átomo de nitrógeno y se libera, es decir, este catalizador descompone los óxidos de nitrógeno en oxígeno y nitrógeno que son los componentes del aire y por lo tanto no son contaminantes.

En la segunda etapa del convertidor catalítico, que es la etapa del catalizador de oxidación, este catalizador utiliza elementos químicos como el platino y paladio, los cuales toman los hidrocarburos (HC) y el monóxido de carbono (CO) que salen por el múltiple de escape del motor y los hace reaccionar con el oxígeno que también viene del motor generando dióxido de carbono (CO2).

Existe una tercera etapa encargada del control de emisiones, esta cuenta con un sensor de oxigeno que está ubicado antes del convertidor catalítico, el cual monitorea los gases de escape provenientes del motor y utiliza esta información para controlar el sistema de inyección de combustible del motor. Este sensor informa a la ECM (Modulo de Control Electrónico) sobre la cantidad de oxígeno existente en el múltiple de escape, con esta información la computadora puede aumentar o disminuir la cantidad de oxígeno en el escape ajustando la mezcla de aire-combustible. El sistema de control le permite a la computadora asegurarse que el motor está funcionando con una relación muy cercana a la estequiometria y además le permite mantener suficiente oxígeno en el escape para oxidar los hidrocarburos y el monóxido de carbono.

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