TEMA 3 BACHILLERATO

MATERIALES DE USO TÉCNICO: PROPIEDADES

vanesa díaz prieto

Tecnología e Ingeniería I

Índice

INTRODUCCIÓN. EVOLUCIÓN DE LOS MATERIALES

TIPOS DE ESFUERZOS

01

USO RACIONAL DE LOS MATERIALES

07

04

RESIDUOS INDUSTRIALES

08

02

ENSAYO DE MATERIALES

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

05

06

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

CRITERIO ELECCIÓN DE MATERIALES

03

Tecnología e ingeniería I

introducción

Los materiales son necesarios para la fabricación de productos. Éstos están fabricados con el material que mejor se adapta a su uso y que resulta más económico. La elección del material adecuado para una aplicación concreta es vital si no se quiere fracasar. Ingenieros y técnicos deben conocer los tipos de materiales susceptibles de ser empleados y sus diferentes grados de calidad, y así sopesar las ventajas y los inconvenientes a la hora de elegir el mejor, que no tiene por qué coincidir con el más caro.

EVOLUCIÓN DEL USO DE LOS MATERIALES

EDAD DE PIEDRA

ÉPOCA ACTUAL

EDAD DE BRONCE

EDAD DE HIERRO

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NATURALES

Son aquellos que se encuentran en la naturaleza. Constituyen los materiales básicos a partir de los cuales se fabrican los demás productos.

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

ARTIFICIALES

Todos los materiales que se emplean en la actualidad se pueden clasificar en tres grandes grupos: naturales, artificiales y sintéticos .

Se obtienen a partir de materiales naturales que se encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa.

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También reciben este nombre aquellos productos fabricados con varios materiales que sean en su mayoría de origen natural.

SINTÉTICOS

Están fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales. Es decir, no se encuentran en la naturaleza ni ellos ni ninguno de los materiales que los componen.

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En líneas generales, se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se pueda emplear para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un material que cumpla unas características determinadas.Ingenieros y diseñadores necesitan sopesar las ventajas e inconvenientes de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que mejor se adapte a las necesidades requeridas. No sólo según criterios tecnológicos y económicos, sino que, además, deberá tener en cuenta criterios estéticos, es decir, valorar las capacidades expresivas del material. Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras, sus propiedades sensoriales, ópticas, térmicas, magnéticas, químicas, mecánicas, etcétera.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

SENSORIALES Y ORGANOLÉPTICAS

Están relacionadas con el efecto que causan un material en nuestros sentidos

FISICOQUÍMICAS

CLASFICACIÓN DE LAS PROPIEDADE DE LOS MATERIALES

Nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas, como el calentamiento, las deformaciones o el ataque de productos químicos.

MECÁNICAS

Indican el comportamiento de un material cuando se encuentra sometido a fuerzas exteriores. Serán de especial importancia a la hora de elegir un material del que deba estar construido un determinado objeto

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Al hacer referencia al aspecto estético del material , estas propiedades podrían parecer las “menos importantes". Pero en nuestra sociedad de consumo, las cosas nos entran por los ojos, y por eso a un producto le pedimos, además de que cumpla unas condiciones determinadas, que sea atractivo, y es ahí donde entran en juego las propiedades sensoriales.

SENSORIALES Y ORGANOLÉPTICAS

ColorBrillo Olor Forma Textura Tacto

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ópticas

térmicas

magnéticas

QUÍMICAS

Todas aquellas características que pueden ser alteradas al poner en contacto un material con otras sustancias. Depende: Reactividad de sus electrones Tipo de enlace molecular

Describen el comportamiento de un material frente al calor.Relacionadas con los fenómenos de vibración cristalina o molecular.

Son las que determinan la aptitud de un material ante el paso de la luz a su través.

Capacidad que tiene un metal ferroso (hierro y sus aleaciones) para ser atraído por un imán.

fisicoquímicas

eléctricas

Es la capacidad de un cuerpo de permitir o no el paso de la corriente eléctrica.

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mecánicas

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mecánicas

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Cuando una fuerza actúa sobre un objeto, tiende a deformarlo. La deformación producida dependerá de la dirección, sentido y punto de aplicación donde esté colocada esa fuerza.

TIPOS DE ESFUERZOS

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Cuando se diseña cualquier objeto o estructura se debe tener en cuenta que los elementos que lo forman van a estar sometidos a diferentes tipos de esfuerzos, cargas y acciones que deberán soportar.Para conocer las tensión a la que esté sometido empleraremos la siguiente fórmula:

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ensayos de materiales

Un ensayo es una técnica normalizada que permite conocer las propiedades y comprobar la idoneidad de un material destinado a prestar un determinado servicio.

❖ Las normas UNE recogen desde la forma y dimensiones de la probeta, hasta los rangos de las cargas aplicadas.

Para realizar un ensayo se toman muestras del material en cuestión a las que llamaremos probetas, y se someten a distintas pruebas y a partir de éstas y de sus resultados podremos: - Conocer las propiedades de los materiales. - Predecir el posible comportamiento que tendrá el material. - Identificar posibles causas de fallo en servicio y procurar poner los medios para evitar los fallos. - Seleccionar los materiales más idóneos para usos concretos.

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ENSAYO DE TRACCIÓN

Consiste en estirar lentamente una probeta, de longitud y sección normalizadas, del material a analizar, hasta que se rompe. A continuación se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza.

Probetas normalizadas

Máquina de tracción

Durante el ensayo de tracción vamos a medir varios parámetros que analizamos a continuación:

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ensayo de tracción

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ensayo de fatiga

Consiste en hacer girar rapidamente una probeta normalizada del material a analizar, al mismo tiempo que se deforma (flexión)debido a la fuerza F. Al número de revoluciones que ha girado antes de romperse se le donomina límite de fatiga.

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ensayo de dureza

Consiste en ejercer una determinada fuerza con un diamente o bola de acero sobre la pieza que vamos a analizar y verr las medidas de la superficie de la huella dejada. Luego se aplica una fórmula y se calcula el grado de dureza, las escalas más importantes son: Brinell Vickers Rockwel

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ensayo de resilencia

Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta normalizada del material que se quiere analizar, mediante impacto. Se usa un péndulo (péndulo Charpy) que lleva una velocidad de entre 5 y 7 m/s. Para calcular esta energía, se anota la altura a la que se suelta. Esta será una energía potencial. Después de haber roto la probeta, la energía sobrante hara descender el péndulo a un ángulo B

La elección de un material para una determinada aplicación no es una tarea fácil, ya que exige de un amplio conocimiento, por parte del equipo de diseño, de las propiedades de un gran número de materiales, para analizar las ventajas e inconvenientes que supone el empleo de un material específico en la fabricación de un producto. Además se deberá tener en cuenta diversos factores a la hora de elegir el material adecuado, como son - Los esfuerzos a los que va a estar sometida la pieza - La atmósfera en la que se va a encontrar - La disponibilidad de ese material, - Su coste - Calidades requeridas, etc.

criterios para la elección adecuada de los materiales

Los aspectos a considerar no se deben buscar por separado, lo importante es seleccionar un material en el que la relación calidad-precio-prestaciones pueda satisfacer las necesidades del consumidor.

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Los ingenieros y diseñadores deberán tener el conocimiento suficiente sobre las propiedades de los materiales para poder decidir cuál será el material más idóneo a emplear según el tipo de esfuerzos y/o uso que se vaya a hacer del producto a fabricar.

PROPIEDADES

Por ejemplo, en el sector textil, la elección de un material para la fabricación de pantalones podrá contemplar propiedades como: - elasticidad, resistencia al rozamiento, que tenga un tacto agradable, resistencia a altas temperaturas al lavarlo, etc. - También se deberá tener en cuenta a quién va dirigido, así si va dirigido a bebés prevalecerá las agradabilidad al tacto frente a la resistencia y durabilidad.

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TIPOS DE ESFUERZOS

Cuando se diseña un producto hay que averiguar a qué tipos de esfuerzos físicos puede estar sometido durante su uso. Siempre se deben suponer las condiciones más desfavorables.

Por ejemplo, si una silla debe soportar el peso de una persona de 80 kg, se puede considerar que en algún momento podría haber más de una persona encima, como es el caso de un adulto y varios niños.

Los esfuerzos a que estarán sometidas cada una de las piezas dependerá del lugar y dirección en el que actúen las fuerzas. Además, una misma pieza u objeto puede verse sometida a diferentes tipos de esfuerzos simultáneamente, como es el caso del trampolín de la imagen. Ahí se originan dos tipos de esfuerzo simultáneo: torsión (que tiende a retorcerlo) y flexión (que tiende a curvarlo).

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diseño de piezas

Un mismo material, dependiendo de que tenga una forma u otra, según la dirección de la fuerza que actúa sobre él, resistirá mejor o peor los esfuerzos

Por ejemplo, utilizando el mismo tablón de madera para cruzar un pequeño canal, si se coloca según aparece en la imagen de la izquierda, resistirá mejor que cuando se coloca como en la imagen de la derecha

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A lo largo del siglo xx, la cantidad de productos fabricados por persona y año se incrementó en más del 2 500 %. En la actualidad, en muchos casos se fabrican productos que se utilizan solamente una vez. Todo ello puede acarrear dos tipos de problemas: agotamiento prematuro de materiales (materias primas) y un excesivo deterioro del medio ambiente.

uso racional de los materiales

AGOTAMIENTO PREMATURO DE MATERIALES

EXCESIVO DETERIORO DEL MEDIO AMBIENTE

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soluciones adoptadas

04

RECICLADO

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NUEVOS DISEÑOS

03

Cuando se diseñen y fabriquen productos, se deberán establecer métodos de separación e identificación de distintos materiales, de manera que cuando el producto llegue al final de su vida útil y se vaya a reciclar, puedan separarse y selec- cionarse con facilidad las piezas que lo componen.

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02

REUTILIZACIÓN

Un diseño adecuado puede reducir considerablemente el volumen de materia prima empleada para fabricarlo, consiguiendo que resista igual o mejor los esfuerzos normales a los que va a estar sometido.

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MEDIDAS SOCIOECO-NÓMICAS

01

Se pretende que, dentro de las condiciones de seguridad pertinentes, se puedan volver a utilizar productos o piezas.

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La industria, para fabricar los productos que usamos diariamente, genera gran cantidad de residuos. Muchos de estos residuos pueden ser reciclados, pero otros no.

residuos industriales

OPERACIONES QUE SE DEBEN REALIZAR CON LOS RESIDUOS

TIPOS DE RESIDUOS

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TIPOS DE RESIDUOS

los residuos industriales se pueden clasificar en inertes y tóxicos y peligrosos

RESIDUOS TÓXICOS Y PELIGROSOS

RESIDUOS INERTES

Son aquellas sustancias inflamables, corrosivas, tóxicas o que pueden producir reacciones químicas (si su concentración es mayor de un valor determinado), originando peligros para la salud o para el medio ambiente. Pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.

Son aquellos que no presentan ningún riesgo para el ambiente ni para las personas, bien porque la propia naturaleza se encarga de degradarlos o por que una vez depositados en el vertedero no experimentan transformaciones físicas, químicas o biológicas importantes.

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reducción en origen

vertido controlado

incineración

tratamiento

Dependerá del estado (sólido, líquido o gaseoso) del residuo.

Los residuos se introducen en hornos especiales, en los que se controla la temperatura, cantidad de oxígeno y tiempo de permanencia. Con ello se reduce su volumen y se obtiene energía térmica.

La aparición constante de nuevas tecnologías permite que se generen menos residuos o que parte de ellos se puedan utilizar en otros procesos de fabricación.

El emplazamiento del vertedero debe ser estudiado con ante- lación para evitar que los materiales en él depositados puedan contaminar aguas o tierras circundantes a través de filtraciones.

GRACIAS

VANESA DÍAZ PRIETO

Son:- Oxidación: se refiere a la reacción de los metales con el aire (tuberías de agua) -

- Corrosión: ocurre cuando los metales tienen contacto con ambientes húmedos y salinos (estatua de la libertad)

Empezó aproximadamente en el año 3000 a.C. El bronce se fabricaba mediante la combinación (en estado fundido) de cobre y estaño, dos minerales relativamente fáciles de obtener y fundir. Las herramientas fabricadas en bronce eran más duras y más sencillas de fabricar que las realizadas sólo con cobre.

Tratamientos biológicos

Tratamientos químicos

Tratamientos físicos

Ideales para residuos sólidos o líquidos de tipo orgánico. Para tratarlos biológicamente, se hacen fermentar o se introducen en digestores (o biodigestores), unos tanques en los que se dejan los residuos para que, transformados por microorganismos, se consiga su descomposición bioquímica en sustancias más simples y estables.

Consisten en neutralizar el residuo tóxico, haciéndolo reaccionar con determinados reactivos.

Consisten en separar el residuo del resto. Para ello se emplean filtros, centrifugado, decantado, etcétera.

NO RENOVABLES

RENOVABLES

Se trata de aquellos que proceden del interior de la Tierra y que una vez usados, si no se reciclan, pueden acabar agotándose. Este es el caso de todos los metales: cobre, aluminio, hierro, etcétera.

Son aquellos materiales en los que un uso racional no provocará su agotamiento, ya que, pasado cierto tiempo, se obtendrán otros. Algunos ejemplos pueden ser: madera, papel, algodón, lino, etcétera.

VS

Se extendió entre los años 1200 y 500 a.C., aproximadamente. La obtención del hierro era más complicada que la del cobre y el estaño, ya que, a fin de separar las impurezas y poder fabricar herramientas, había que calentar el mineral que lo contuviera (materia prima para su obtención) a una temperatura mucho mayor para fundirlo. Pero tenía grandes ventajas: la materia prima era abundante y más duras las herramientas obtenidas. El método empleado para fundir el hierro consistía en colocarlo sobre un agujero hecho en el suelo y calentarlo por la parte inferior. Posteriormente, se empleó una «bomba» de pieles y madera para insuflar aire del exterior, lo que incrementaba la temperatura del fuego al avivarlo (la combustión sólo puede producirse en presencia de oxígeno).

NO RENOVABLES

RENOVABLES

Se trata de aquellos que proceden del interior de la Tierra y que una vez usados, si no se reciclan, pueden acabar agotándose. Este es el caso de todos los metales: cobre, aluminio, hierro, etcétera.

Son aquellos materiales en los que un uso racional no provocará su agotamiento, ya que, pasado cierto tiempo, se obtendrán otros. Algunos ejemplos pueden ser: madera, papel, algodón, lino, etcétera.

VS

Un material puede ser: ➢ Transparente (vidrio, celofán) cuando permite ver claramente objetos situados tras él. ➢ Translúcido (algunos tejidos, vidrio esmerilado) cuando deja pasar la luz pero no permite ver nítidamente a su través. ➢ Opaco (madera,cartón) cuando impide que la luz lo atraviese.

Empezó aproximadamente en el año 3000 a.C. El bronce se fabricaba mediante la combinación (en estado fundido) de cobre y estaño, dos minerales relativamente fáciles de obtener y fundir. Las herramientas fabricadas en bronce eran más duras y más sencillas de fabricar que las realizadas sólo con cobre.

Aislantes: Son los que No permiten fácilmente el paso de la corriente a través de ellos, por ejemplo la cinta aislante para cables. Conductores: Son los que permiten fácilmente el paso de la corriente a través de ellos, por ejemplo los cables eléctricos. Semiconductores: Son los que permiten el paso de la corriente a través de ellos sólo en determinadas condiciones o por debajo de una temperatura determinada. Están constituidos por silicio o germanio, con aditivos como arsénico, aluminio, fósforo, galio, boro. Son la base de todos los componentes electrónicos.

Durante los últimos cien años se han descubierto multitud de materiales, así como nuevos métodos de fabricación. Pero quizá el más curioso haya sido el descubrimiento de la vulcanización. Parece ser que su inventor, el americano Charles Goodyear, mientras estaba haciendo un experimento, tropezó accidentalmente y dejó caer sobre una estufa una mezcla de caucho y azufre. La mezcla se endureció y se hizo impermeable inmediatamente. Goodyear bautizó este proceso como vulcanización, en recuerdo del dios romano del fuego, Vulcano. Hace muchos años, los indios del Amazonas utilizaban unas botas hechas de una goma que crecía en los árboles de la jungla. Para ello introducían sus piernas en un recipiente que contenía látex. A medida que se iba secando, formaba finas «botas» que se adaptaban a sus pies y piernas. Estas botas los protegían de las piedras y objetos punzantes.

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Hay muchos especialistas que afirman que en la actualidad estamos viviendo en una época que bien podría denominarse Edad del Silicio, ya que el empleo de este material en multitud de componentes electrónicos está provocando un cambio en nuestra sociedad, cuyos medios distan bastante de los que había a principios del siglo XX.

Se pueden dividir en:

• Conductores : los metales son buenos conductores del calor

• Aislantes: evitan que el calor los atraviese con facilidad. Ejemplos de ello son el algodón, la lana, la fibra de vidrio, los poliuretanos, etc.