martes, 19 de octubre de 2010

Obleas de silicio

En microelectrónica, una oblea es una fina lámina de material semiconductor, como por ejemplo el cristal de silicio, sobre la que se construyen microcircuitos mediante técnicas de dopado (Por difusión o implantación de iones), grabado químico y deposición de varios materiales. Las obleas tienen una importancia clave en la fabricación de dispositivos semiconductores como los circuitos integrados.

Se fabrican en varios diámetros que van desde 1 pulgada (25,4 mm) hasta 11,8 pulgadas (300 mm) y gruesos del orden de medio milímetro. Generalmente se obtienen mediante el corte de grandes cilindros de material semiconductor (Lingotes) utilizando discos de diamante, para después ser pulidas por una de sus caras.

Los lingotes se fabrican con silicio de gran pureza (99,9999 % de silicio), formando un sólo cristal. Uno de los procesos más utilizados para fabricar los lingotes es el del químico polaco Jan Czochralski. En este proceso, el lingote cilíndrico de silicio monocristalino de alta pureza se forma estirando de una semilla de cristal sumergida en silicio fundido.

Una vez cortadas las obleas se les pueden añadir los átomos del dopante, de boro o fósforo, para conseguir un material semiconductor de tipo N o P.

Microprocesador AMD Athlon.

Cada rectángulo es un microprocesador Athlon XP, sobre la oblea de silicio, antes de ser cortados para encapsularlos.

Aquí se puede ver una oblea de silicio con microprocesadores.


Debajo de la oblea se ve la máscara que permite realizar los procesos de fotolitografía.

La tecnología utilizada en la fabricación de semiconductores está tan desarrollada que se utiliza incluso para fabricar piezas de relojes mecánicos con una extremada precisión.

lunes, 18 de octubre de 2010

Pelos y microprocesadores

En el interior de todos los circuitos integrados y, por tanto, también de los microprocesadores, existen unos pequeños hilos conductores soldados por un extremo a la placa de silicio y por el otro a los conectores exteriores del circuito integrado.

Interior de un microprocesador.

El padre de una alumna nos ha hecho llegar la siguiente fotografía en la que se muestra un cabello humano situado encima de la esquina de una CPU desarrollada entre el 1997 y el año 2000. La imagen la obtuvieron en su empresa con un microscopio binocular.

Taladro de accionamiento manual

Hace unos 8 años compré para nuestro taller este taladro de accionamiento manual, de segunda mano. Nunca lo usamos pues no funcionaba bien el avance automático de la broca, no fui capaz de rapararlo convenientemente. Ahora pretendo usarlo para montar una fresadora.

En la parte superior (En color rojo) se encuentra el volante de inercia, que permite taladrar de forma más cómoda sin tener que estar continuamente tirando de la broca para que perfore.

El volante se puede retirar del eje principal mediante una tuerca moleteada.

El uso inadecuado de las brocas ha hecho algunos agujeros en la base de sujección de las piezas. Junto a la base se puede ver el portabrocas.

La manivela se puede colocar sobre dos ejes, para conseguir dos velocidades de rotación del eje portabrocas.

Se puede regular en altura todo el conjunto, mediante un tornillo que lo fija sobre la columna.

Si retiramos la tapa frontal, se puede ver el conjunto de engranajes que permiten conseguir las dos velocidades de la broca. El eje superior es el eje rápido y el inferior el eje lento. El pasador cónico que fija este eje superior a su rueda dentada se ha salido, por lo que este eje no acciona el mecanismo interior.

Vista de cerca de las dos ruedas dentadas, grande (Velocidad rápida) y pequeña (Velocidad lenta y accionamiento directo) con la rueda loca intermedia, para que el sentido de giro de la broca siempre sea el mismo.

Vista del rodamiento interior del eje del portabrocas.

Vista del rodamiento exterior del eje del portabrocas. Sobre él se encuentra el volante de inercia.

Aquí se puede ver el tornillo del mecanismo de avance de la broca.

Conjunto de corona y piñón cónicos que permiten el cambio del movimiento de giro del eje horizontal al vertical.

Otra vista del tornilo de avance y del rodamiento de bolas interior.

Vista lateral del conjunto de los mecanismos.

En el catálogo de 1913 de la casa alemana de maquinaria Alfred H. Schütte, aparece este modelo de taladro de accionamiento manual. Es de alguna manera similar al desmontado por nosotros.

A continuación podemos ver un video en el que se muestra el funcionamiento del taladro manual. En uno de los ejes (El superior), no se mueven las ruedas dentadas interiores, porque le falta el pasador cónico que une el eje y el engranaje.

domingo, 17 de octubre de 2010

Robots para hidrodemolición

Conjet 322 es un robot que proyecta un caudal de agua de hasta 200 litros/minuto a alta presión (1.200 bar). Su elevada capacidad le convierte en un potente equipo para la limpieza de óxidos y superficies en mal estado con un alto nivel de rendimiento. También se utiliza para la hidrodemolición, es decir, el levantado de capas, más o menos profundas, de hormigón, para su reparación o el tratamiento posterior de superficies.

La versión modificada del robot para trabajos en túneles y tuberías está equipada con un brazo extensible giratorio (Hasta 360º). Además su reducido tamaño (2.350 mm de largo, 820 de ancho y 1.170 de alto) le permiten el acceso no sólo a túneles y galerías, sino a tuberías en plantas industriales. El robot Conjet 322 se ha empleado en proyectos en centrales térmicas, centrales nucleares, acerías y otros tipos de plantas de proceso. Dependiendo del proyecto el equipo es capaz de limpiar hasta 56 metros cuadrados de superficie por hora.

La tecnología de hidrodemolición se ha desarrollado para poder retirar el hormigón en mal estado de estructuras delicadas fabricadas con este material, como por ejemplo puentes, presas, pantanos, túneles y muelles. Estas estructuras quedan así preparadas para su posterior reparación y acondicionamiento.

Tubería forzada

El fin de semana pasado estuve con una buena amiga en el Valle de Arán. En uno de nuestros paseos pasamos al lado de la tubería forzada de la central hidroeléctrica de Viella, de 200 metros de desnivel y 350 metros de longitud.

Hasta la cámara de carga de esta tubería le llega el agua por tuberías enterradas desde la central de Arties, aguas arriba del Garona (A la central de Arties llega el agua de una red de tuberías que interconectan los lagos glaciares situados sobre las pistas de Baqueira-Beret. De esta tubería dejo a continuación unas fotografías.

En la siguiente fotografía se puede ver la tubería y el pequeño tunel por donde atraviesa el camino rural que conduce de Viella a Vilac.

La central la construyó la empresa pública ENHER (Empresa Nacional Hidroeléctrica Ribagorzana) y se inuaguró en 1947. En la actualida la gestiona ENDESA.

Al lado de la tubería forzada se encuentra un canal de derivación, que tambien parte de la cámara de carga superior, que no se ve en la fotografía y una escalera con 440 peldaños de hormigón y una vía, por donde poder subir las personas y los materiales y maquinarias necesarios para la construcción y el mantenimiento de la tubería.

La tubería está formada por tramos de tubo encajados unos en otros y remachados. Cerca de cada una de estas uniones entre tramos de tubo se encuentra el soporte de hormigón que sujeta la tubería al terreno.

Los tubos una vez encajados se sujetan con una doble fila de remaches.

Paralela a la vía también va una línea de cables de teléfonos.

A continuación se puede ver la manera de sujetar los railes sobre las traviesas de hormigón, mediante un par de tornillos con sus correspondientes chapas.

Toda la tubería está recubierta de un fina capa de barro verdoso en el que abundan las algas, sin duda. No hace falta decir que el ambiente es muy húmedo.

A continuación se puede ver un detalle de la cabeza de uno de los remaches de la brida de unión de los tubos.

Podemos intentar hacernos una idea de las condiciones de trabajo en el remachado de estos tubos. Un trabajador se situaba dentro del tubo y sujetaba con una herramienta neumática el remache al rojo, mientras que en el exterior otro le formaba la cabeza con otra herramienta neumática. Se había de trabajar agachado, en un espacio reducido e inclinado y con el ruido ensordecedor de las máquinas.

El detalle de la fotografía siguiente es muy importante. Los tramos de tubo entre si están remachados, pero cada uno de los tubos está contruido con chapa de acero doblada y soldada. Para dotar de más resistencia al tubo no se hacen coincidir las costuras de dos chapas consecutivas. Estos cordones no se aprecián muy bien, pero los podemos intuir.

Los videos siguientes no son de la central de Viella pero dan una cierta idea de lo que puede ser una de estas centrales por dentro y de como se construía en aquellos tiempos.

Robot seguidor de línea 4x4

Estamos probando un robot seguidor de línea con cuatro ruedas motrices, pero de momento no tiene un comportamiento muy bueno. Pierde el camino con una facilidad asombrosa y se va de la pista. Parece que gira muy bruscamente, alejándose cada vez más de su camino. Hemos pensado en como solucionarlo, pero aun está por probar.

Los dos motores de cada lado se mueven a la vez en el mismo sentido al estilo de las excavadoras compactas de ruedas. Queda por conseguir, con un poco de electrónica adicional, que cuando un motor no va hacia adelante lo haga hacia atrás. De esta forma, para girar el robot unas ruedas lo harán en un sentido y las otras en sentido contrario, con lo que el robot girará sobre su centro, no como ahora que lo hace sobre un punto exterior al mismo, situado entre las dos ruedas que permanecen inmóviles. La placa controladora utilizada es la que se usa para robots tipo triciclo con tercera rueda loca delantera, por lo que no pueden controlar más que dos motores en un sólo sentido de giro.

La estructura la forman dos cuadros construidos con plancha de PVC de un centímetro de grosor. Es un material que se corta bien y se puede roscar. Para darle más ligereza se ha vaciado el centro de estos cuadrados. Para permitir una mejor adaptación de las ruedas a las irregularidades del terreno, los dos cuadros pueden girar entre si, mediante un eje formado por una varilla roscada de 4 mm.


Los dos sensores de infrarrojos CNY70 van montados sobre una placa de circuito impreso regulable en altura mediante dos varillas roscadas. Medio centímetro de separación entre la pista y los sensores es una buena distancia.

En la parte superior del robot se encuentran la placa de control y las pilas.

Para que el giro entre los dos semichasis no sea excesivo y retuerza los cables se han colocado dos topes de chapa atornillados a uno de los cuadros. De esta forma se limita el movimiento a unos pocos grados.

Aquí se puede ver el vehículo desde abajo, con lo sensores en la parte delantera.


Los cables que unen los sensores con la placa principal se han fijado con silicona para impedir que se parta la zona de soldadura con el movimiento.


Aquí se puede ver la forma en que están sujetos los servos, mediante dos tornillos, al lateral de los cuadros de PVC.

En el video siguiente se pueden ver dos robots. El primero es un típico robot de dos ruedas motrices con rueda loca delantera. Este robot se ciñe a la línea, salvo en las curvas muy cerradas. El otro robot es un 4 x 4 con la misma placa controladora, pero sin modificar y con el mismo programa. Este segundo robot tiene mucha más potencia, pero se pierde y va por donde quiere.

Accidente en una balsa de residuos mineros en Hungría

El lunes 4 de octubre reventó el dique de contención de una balsa de residuos mineros de una mina de bauxita situada en la localidad de Ajka (Hungría) perteneciente a la empresa Hungarian Aluminium Production and Trade Company (MAL AG). La explotación está situada a 165 kilómetros al oeste de Budapest. La avalancha de barro rojo arrasó 40 kilómetros cuadrados de suelo de los cercanos pueblos de Kolontár y Devecser, contaminó tres ríos y causó la muerte a 7 personas y más de 150 heridos. Los muertos se ahogaron en los primeros momentos de la inundación.

Aparte de la falta de solidez, las últimas lluvias podrían haber hecho aumentar el nivel del agua embalsada y ayudado al desastre.

De la balsa en la que se encontraban los lodos pasaron al Río Marcal, de éste al Raba y de aquí hasta llegar al Danubio.

En la escala de acidez que va de 0 a 14 la vida se mueve siempre en las zonas centrales, lo más cerca del pH neutro, el 7. Los dos extremos (ácido o alcalino) son igual de peligrosos. El primer día el lodo tóxico alcanzó un pH de 13. El pH fue bajando de valor y el día 7 en la confluencia con el Danubio su valor era de 9,3, aun bastante alcalino. Al llegar estas aguas contaminadas al Danubio se diluyen mucho más rápidamente, al ser mucho más caudaloso.

Para prevenir la amenaza de nuevos vertidos, el Gobierno húngaro levantó un dique de contención de 600 metros de longitud, cinco metros de altura y 20 metros de ancho, que bastaría para proteger a la población de los pueblos afectados incluso si revienta una segunda balsa en la que se almacenan aún 2,5 millones de metros cúbicos del lodo rojo que se genera en la producción de aluminio.

Los 80o residentes de Kolontár y otras 5.000 personas de Devecser y otras tres poblaciones tuvieron que ser evacuadas.

Tras el desmoronamiento total de los muros, la balsa dejó escapar un millón de metros cúbicos de lodos contaminantes que afectaron a los municipios de Veszprém, Györ-Moson-Sopron y Vas.

El barro rojo contiene algo de bauxita, además de sosa cáustica, óxidos de hierro, hidróxido de aluminio, silicio, sodio, calcio y titanio y pequeñas cantidades de metales pesados, como el cromo, níquel, plomo o manganeso, resultantes de la producción de aluminio a partir de la tierra arcillosa de la que se extrae. Las sustancias más peligrosas son la sosa cáustica, que puede producir quemaduras, y los metales pesados que, a la larga, pueden producir daños neurológicos.

Esta mina de bauxita y la industria que la transforma en aluminio se remontan a los tiempos en los que el país tenía un régimen socialista. Algunos empresarios surgidos de la elite postcomunista se hicieron con las instalaciones durante el proceso de privatización de la década de 1990 por importes irrisorios. Los nuevos propietarios lograron evitar la aplicación de impuestos sobre el almacenaje de residuos. Además se aseguraron que los precios de la energía permancieran bajos para la producción de aluminio, un negocio que en caso contrario no habría sido rentable.

En España la minería, ni metálica ni energética, tiene la importancia que tuvo tiempo atrás, sin embargo, aun quedan muchas balsas con residuos mineros que nos hacen recordar que tragedias como la de Aznalcollar son posibles. Por poner un ejemplo en Xove, en la costa cantábrica de Lugo (Galicia), en un depósito de la compañía americana de Aluminio, Alcoa, están acumulados 15 millones de metros cúbicos de barro rojo, el residuo de la bauxita.

En Xove se fabrica aluminio con el mismo procedimiento que en Hungría. Cada día se repite el mismo procedimiento, decenas de camiones salen de la planta de Alcoa (La mayor productora de aluminio del mundo), cargados con lodos rojos que depositan en una gran balsa que ocupa unas 75 hectáreas (como 75 campos de fútbol) y tiene 80 metros de profundidad. La operación, rutinaria desde hace 30 años, nunca ha suscitado gran inquietud entre los vecinos de este Ayuntamiento, uno de los de mayor renta per cápita de Galicia.

Diariamente, esa inmensa piscina recibe unas 3.000 toneladas de residuos, que ocupan 1.700 metros cúbicos. Son lodos generados en el refino de alúmina a partir de la bauxita, considerados restos mineros "no peligrosos", sometidos a controles diarios para vigilar la estabilidad del dique de contención y garantizar que están en condiciones adecuadas. El residuo llega al depósito ya filtrado, lo que permite que el barro se consolide en estado sólido, dando lugar a un residuo que no puede fluir.

La fábrica de San Ciprián situada entre Xove y Cervo fue inaugurada en 1980 por la empresa estatal INESPAL. En la actualidad da trabajo a cerca de 2.000 trabajadores, de los que 1.316 son empleos fijos directos y 500 más forman parte de las empresas auxiliares. De hecho, el 80% de los vecinos de la comarca que trabajan en la industria lo hacen en alguna empresa relacionado con la de ALCOA. La Camara de Comercio de Lugo estima que representa alrededor del 35% del Producto Interior Bruto (PIB) de la provincia.

Las instalaciones, ubicadas en Cervo y Xove, incluyen una planta de alúmina, una fábrica de aluminio primario y dependencias de servicios comunes, entre las que destaca el dique norte. Ninguno de los dos municipios se entendería hoy sin su aportación. El de Cervo ingresa por IAE e IBI más de un millón de euros y el de Xove recibe unos tres millones. El complejo es el más importante con que cuenta Alcoa en España. Suministra alúmina y aluminio primario en diversos formatos y aleaciones a los mercados español y europeo. La planta de alúmina produce 1,5 millones de toneladas al año, que suministra a las de La Coruña y Avilés, y a las de Italia, Noruega e Islandia. También se producen 230.000 toneladas de aluminio para el mercado nacional y para centroeuropa, Gran Bretaña y Turquía.

La tragedia de Hungría ha dado la voz de alarma sobre las casi mil balsas de residuos mineros que hay en España, la mitad de ellas abandonadas. Sólo en la provincia de Huelva se almacenan 110 millones de toneladas de lodos. En la mina situada a dos kilómetros de la localidad de Gerena se acumulan 15 millones de toneladas de residuos del tratamiento del cobre. Si hubiera una fuga iría a parar al río Guadalquivir o a Gerena.

Las balsas más grandes, las que albergan mayor volumen de residuos, son las de las minas de cobre, que se concentran en Sierra Morena. De los 39 depósitos ubicados en esa franja, que va de Portugal a Almería, 38 están abandonados. Estos depósitos almacenan sobre todo metales pesados.

En Sevilla, en 1998, se rompió la presa de las minas de Aznalcóllar y cinco millones de hectómetros cúbicos de vertido tóxico causaron un desastre natural en el río Guadiamar y en el entorno del Parque de Doñana. Tras el vertido minero de Aznalcóllar, la organización WWF inventarió 743 balsas de residuos mineros en España.

En los últimos años Greenpeace ha denunciado el peligro que suponen explotaciones como la mina de Las Cruces en Sevilla, Cerro Colorado y Aguzaderas en la comarca de Río Tinto, Aguas Blancas en Badajoz o algunas de las balsas de estériles de la industria minera del oro en Asturias.