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Introduccion a los materiales
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    Introduccion a los materiales Introduccion a los materiales Document Transcript

    • UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCAUNIDAD ACDEMICA DE ING. QUIMICA, BIOFARMACIA, INDUSTRIAS Y PRODUCCION FACULTAD: INDUSTRIAS Y PRODUCCION MATERIA. RESISTENCIA DE MATERIALES TEMA. INTRODUCCION A LOS MATERIALES CURSO: SEGUNDO GENERAL CATEDRATICO GUIA: ING. GALO OCHOA GRUPO: RAUL OLEAS, PEDRO HUIRACOCHA FECHA: 23/02/2012
    • OBJETIVO. Como objetivo principal es saber como estaestructurados los diferentes materiales como están definidos, susdescripciones generales sus tipos su clasificación por su estructurainterna o externa sus propiedades tanto físicas como químicas.
    • INDICE. 1. INTRODUCCION A LOS MATERIALES 2. MATERIALES,PRODUCTOS QUIMICOS Y ADHESIVOS 2.1. MATERIALES DE CERAMICA Y VIDRIO 2.2. SELLADORES Y RECUBRIMIENTOS INDUSTRIALES 2.3. PRODUCTOS QUIMICOS Y MATERIA PRIMA 2.4. COMPUESTOS TEXTILES Y REFUERZOS 2.5. ELECTRICAS, OPTICAS Y MATERIALES ESPECIALES 2.6. ACEITES Y FLUIDOS ESPECIALES 3. METALES Y ALEACIONES 3.1 PLASTICOS ELASTOMEROS Y POLIMEROS 3.2 GASES INDUSTRIALES Y ESPECIALES 3.3 ADHESIVOS INDUSTRIALES 4. .MATERIALES DE ALTAS PRESTACIONES 5. TIPOS DE MATERIALES 5.1 SEGÚN SU ORIGEN 5.2 SEGÚN SU COMPOCICION 5.3 SEGÚN SUS PROPIEDADES 6. LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 6.1. PROPIEDADES SENSORIALES 6.2. LAS PROPIEDADES FISICOS QUIMICAS 6.3. PROPIEDADES TECNOLOGICAS 6.4. PROPIEDADES TECGNOLOGICAS 7. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES RESISTENTES 7.1 DUREZA 7.2 TENACIDAD 7.3 FLEXIBILIDAD 7.4 ELASTICIDAD 8. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES SEGÚN SU ORIGEN 9. COMPORTAMINETO DE LOS MATERIALES FRENTE A ESFUERZOS 10. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES 10.1 METALES 10.2 CERAMICA TECNICA 10.3 POLIMEROS
    • 11. IMPACTOS AMBIENTALES 11.1 FABRICACION DE HIERRO Y ACERO 11.2 PRODUCCION DE COQUE Y RECUPERACION DE SUBPRODUCTOS 11.3 PREPARACION DEL MINERAL 11.4 PRODUCCION DEL HIERRO 11.5 PRODUCCION DEL ACERO 11.6 FUNDICION, LAMINADO Y ACABADO12. REDUCCION DIRECTA 12.1 DESECHOS SOLIDOS 12.2 DESECHOS LIQUIDOS 12.3 REDUCCION DE LOS DESECHOS13. SELECCIÓN DEL SITIO 13.1 PROCESOS DE FABRICACION14. OBJETIVO15. BIBLIOGRAFIA
    • 1. Introducción a los materiales El desarrollo de la humanidad se define en términos de avances en los materiales: la Edad de Piedra, la Edad de Bronce y la Edad del Hierro. Los avances en arquitectura y edificación desarrollados por el Imperio Romano era posible sólo por la invención de un nuevo material, el hormigón. La Revolución Industrial fue en gran medida posible gracias a los avances en la demanda de materiales en equipos industriales, así como el rápido desarrollo de las vías del ferrocarril, y los rascacielos que comenzó a definir los horizontes de las ciudades. En el último medio siglo, el crecimiento de las tecnologías del material ha sido explosivo, y su impacto en nuestra vida sea generalizado. A partir de la invención del transistor en los años 50, la revolución de la electrónica, ha sido a causa de los avances en materiales, que ha cambiado de forma irreversible nuestras vidas. "Plásticos". El uso de plásticos es ahora tan amplio que es difícil imaginar la vida sin ellos, pero es un arma de doble filo, porque el uso de las nuevas tecnologías es evidente en la actual preocupación por la eliminación de plásticos no biodegradables. "Cerámica". Si bien fueron los primeros en Ingeniería de Materiales, la búsqueda de aplicación como materiales de construcción y la alfarería en la Edad de Piedra, los últimos avances tecnológicos combinados con sus singulares propiedades eléctricas, dureza, durabilidad y resistencia al calor de la cerámica son el material del futuro. El descubrimiento de que ciertos materiales cerámicos son conductores de la electricidad sin pérdida de resistencia a temperaturas considerablemente más altas que las de los superconductores metálicos convencionales. El diamante artificial está a punto de tener importantes repercusiones en campos tan diversos como la óptica, recubrimientos de desgaste, y sustrato para circuitos electrónicos. En un futuro próximo podemos esperar encontrar importantes avances en el uso de la cerámica en aplicaciones tan diversas como la microelectrónica, los superconductores, automotrices y de motores de aviones, los implantes de prótesis y equipos de proceso químico. Hoy las actividades de investigación básica en las universidades y laboratorios de investigación nos dan la confianza en que no hemos visto el final, sino sólo el principio, de los avances en Ciencia y Tecnología de Materiales. Podemos esperar ver a los plásticos biodegradables producidos mediante ingeniería genética, los microbios, los materiales estructurales que son los análogos de materiales naturales como conchas o huesos, mejora de materiales de
    • bioingeniería para sustituir las articulaciones, los tendones huesos y la piel. Podemos esperar pieles de aeronaves que pueden detectar y responder a los cambios en las condiciones ambientales o de daños estructurales, los puentes más resistentes, reforzados con plástico ligero reforzado con fibra de compuestos, de la calzada que tendrá una duración de por una vida. Hemos empezado a ver el impacto de revolución de los materiales.Hemos elegido como el tema de este módulo de enseñanza tanto por su importancia y laomnipresencia en nuestras vidas, y porque reúne a todas las principales disciplinas de lasciencias físicas y se aplica a los problemas prácticos con los que nos enfrentamos. Seaintentado traer a los elementos de la química, la física, las matemáticas, la ingeniería y eluso de computadoras. Sea incorporado materiales que representan todas las principalesclases de materiales: metales, cerámica y plásticos.El núcleo del módulo es el trabajo de laboratorio. Aquí hemos tratado de mantener lascosas tal como son. El objetivo es que se pueda obtener un conocido método científico, conprácticas de laboratorio, con la física y los datos de observación y el análisis, y paraconseguir una sensación para las diferencias fundamentales entre las distintas clases demateriales.La ciencia de los materiales implica la preparación y caracterización de los materiales paraasegurarse de que tienen las propiedades necesarias para una aplicación particular.Podemos incluir clases de materiales plásticos, vidrio, cerámica, metales ysemiconductores. Propiedades de los materiales y como incluye en su comportamientomecánico, eléctrico, óptico y magnético características térmicas, estabilidad química yotras propiedades físicas como la densidad y estructura de grano.Se trata de introducir a la preparación y caracterización de un metal (estaño), unrecipiente de plástico (poliéster), y una de cerámica (de anclaje (muy fina) de cemento).Que en primer lugar preparar las muestras, ya sea por la calefacción y la fusión de lamateria prima, en el caso del estaño, o por un producto químico para el proceso de curadode resinas de poliéster y anclaje de cemento. Después de la preparación de las muestras deprueba, podamos examinar sus características físicas y ópticas, determinar una relacióneléctrica y térmica y propiedades mecánicas de su comportamiento y estabilidad química. 2. Materiales, productos químicos y adhesivos Materiales consisten en metales, materiales cerámicos, adhesivos, polímeros, materiales compuestos, vidrios u otros materiales especiales en virgen formas o acabados. Son las sustancias químicas orgánicas o inorgánicas bloques moleculares de construcción utilizados en el procesamiento de los materiales y adhesivos.
    • 2.1. Materiales de Cerámica y Vidrio. Cualquier hombre se sólidos producidos por la fusión o sinterizarían de minerales en un horno o duro, resistente al calor, tales como incendios de arcilla, ladrillos o bloques. 2.2. Selladores y recubrimientos industriales. Líquido viscoso y entre las superficies utilizadas para contener líquidos, evitar fugas, y evitar la infiltración de material no deseado. Puede incluir también los compuestos para llenar las lagunas o costuras.2.3. Productos químicos y materias primas.Son las sustancias químicas orgánicas o inorgánicas bloques moleculares deconstrucción utilizados en el procesamiento de los materiales y adhesivos. Las materiasprimas son de relleno, los minerales, los gases, y aditivos químicos especializados.2.4 Compuestos, los textiles y refuerzosCompuestos, incluye refuerzos textiles y acabados de materiales compuestos, así comolos componentes utilizados para la construcción de materiales compuestos de matriz,como resinas, cargas, refuerzos, los textiles, fibras, materiales básicos y refuerzos.2.5. Eléctricas, ópticas, y Materiales especiales.Materiales tales como semiconductores o compuestos con propiedades especializadopara electricidad, óptica y aplicaciones especiales.2.6. Aceites y fluidos industriales.Fluidos para la transferencia de calor, lubricación, transmisión de potencia oaplicaciones especializadas. 3. Metales y Aleaciones. Cualquiera de los diversos opaco, fusible, dúctil, brillante y las sustancias que normalmente son buenos conductores de electricidad y calor, la formación por la pérdida de electrones, y el rendimiento de base de óxidos e hidróxidos. 3.1. Plásticos, elastómeros y polímeros. Plásticos, elastómeros y polímeros orgánicos son sintéticos o materiales procesados generalmente compuestas de resinas termoplásticas y termoendurecedles que se puede hacer o suministrados como en las formas, de película, hoja, varilla, tubo o fibra. 3.2 Gases industriales y especiales. Industriales y de gases especiales incluyen los gases puros y mezclas de gases utilizados en soldadura, médicos, semiconductores, laboratorio de análisis, procesos químicos, alimentos y bebidas, la generación de calor y aplicaciones. 3.3. Adhesivos Industriales. Orgánico o inorgánico compuesto químico para unirse a los componentes. Requiere superficie limpia compatible con el adhesivo.
    • 4. Materiales de altas prestaciones Los materiales de altas prestaciones son la base para la mayoría de las tecnologías avanzadas que casi todo el mundo da por sentado. Aleaciones para motores a reacción, los materiales para la transformación química, revestimientos que prosperan en ambientes corrosivos, incluso soldaduras que no contienen plomo, todos contribuyen al éxito de los aviones, automóviles, equipos electrónicos y que ejemplifican la sociedad moderna. Muchos materiales biológicos y óptimos, en múltiples escalas, consisten en lo que puede ser idealizado como continua de órganos estructurales y se suman las interfaces. Esas interfaces son generalmente los modelos de las propiedades que son demasiado simplificados. Para introducir en el análisis de la microestructura propiedades, un nuevo modelo estructural de las interfaces es propuesto y desarrollado a una verdadera estructura y se introduce en la zona de transición, incorporarse a los órganos continuos, con geometrías y las propiedades de los materiales obtenidos directamente de los de la microestructura interraciales. En primer lugar, el caso de una inclusión elíptica conectamos por una estructura de interfaz a una infinita matriz se resuelve analíticamente, lo que demuestra que los efectos locales no son una consecuencia directa de la introducción de la estructura, en relación a la inclinación de los elementos de conexión. En segundo lugar, a partir de una estructura discreta, un modelo estructural de una interfaz se obtiene una aproximación de la ley constitutiva de la interfaz que es rigurosamente derivada. Los efectos introducidos en el comportamiento mecánico, tanto por la continua de su modelo de gradiente de aproximación se ilustran para resolver el problema de la inclusión una circular conectada a una infinita matriz estructural por una interfaz y con sujeción a distancia uniforme. El modelo estructural de las interfaces que nos permite atacar analíticamente y resolver diferentes problemas de concentración de estrés, fracturas, y compuestos. En particular, los nuevos factores de intensidad de estrés se derivan para salvar las grietas y huecos reforzado elípticas, las nuevas fórmulas se dan para la eficacia de las propiedades de materiales compuestos que contengan diluir suspensiones reforzadas de forma elíptica o de vacíos inclusiones y una nueva definición es propuso la inclusión de la neutralidad, que se muestra interesante para proporcionar condiciones de mayor optimización5. TIPOS DE MATERIALESHay muchas formas de clasificar los materiales: según su composición, por su origen, de acuerdo con sus propiedades físico- químicas, desde el punto de vista de la fabricación, etc.
    • 5.1.Según su origen, los materiales se pueden clasificar en materiales naturales ymateriales artificiales, dependiendo de que se encuentren directamente en el medionatural o sean el resultado de algún proceso de fabricación. Por ejemplo, el granito es unmaterial natural, mientras que el acero es un material artificial.5.2. Según su composición, los materiales se pueden clasificar en elementos y compuestos,homogéneos y heterogéneos, metálicos y no metálicos, inorgánicos y orgánicos, etc.5.3. Según sus propiedades, los materiales se pueden clasificar en rígidos y flexibles,tenaces y frágiles, conductores y aislantes, reciclables y no reciclables, etc.6. LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALESLos materiales se diferencian entre sí por sus propiedades. Estas propiedades puedenagruparse de maneras diferentes. No obstante, desde el punto de vista técnico resulta útilla siguiente clasificación:6.1.Propiedades sensorialesSon aquellas propiedades que, como el color, el brillo o latextura, están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.6.2 .Las propiedades fisicoquímicasSon aquellas propiedades que nos informan sobre elcomportamiento del material ante diferentes acciones externas, tales como elcalentamiento, las deformaciones o el ataque de productos químicos.Por ejemplo, la conductividad térmica de un material está relacionada con la mayor omenor dificultad que tiene el material para conducir el calor; la dilatación térmica indica elaumento de volumen que experimenta un material cuando se calienta; la transparencia esla facilidad con la que un material permite que lo atraviese la luz; la conductividadeléctrica indica si un material es buen o mal conductor de la corriente eléctrica, etc.6.3. Propiedades tecnológicasSon aquellas propiedades que nos informan sobre elcomportamiento del material durante la fabricación.La fusibilidad, por ejemplo, es la mayor o la menor facilidad que tienen los materiales parafundir; la plasticidad es la facilidad que tienen los materiales para cambiar de forma sinromperse ni agrietarse, la ductilidad es la capacidad de algunos materiales paraextenderse en hilos, la maleabilidad es la capacidad que tienen algunos materiales paraextenderse en láminas delgadas, etc.6.4. Propiedades ecológicasSon aquellas propiedades relacionadas con la mayor o menornocividad del material para el medio ambiente: toxicidad, volatilidad, facilidad dereciclado, etc.
    • 7. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES RESISTENTESEntre otras propiedades, los materiales con los que se construyen las estructuras se eligenteniendo en cuenta su dureza, su tenacidad, su flexibilidad su elasticidad.Estas propiedades, que nos informan acerca de cómo se comporta un material antedistintas cargas y esfuerzos, reciben el nombre de propiedades mecánicas.7.1.DurezaEs la resistencia que presenta un material a ser rayado o cortado por otro. Así,por ejemplo, el acero es mas duro que la madera, ya que el acero puede cortar a la maderamientras que la madera no puede cortar, ni rayar, al acero.7.2. TenacidadEs la resistencia que presenta un material a romperse cuando se golpea. Losmateriales que, como el hierro, resisten los golpes sin romperse se llaman materialestenaces. Por el contrario, los materiales que, como la porcelana, se rompen cuando segolpean se llaman materiales frágiles.7.3. FlexibilidadEs la capacidad que tiene un material de poderse doblar sin romperse. Elpapel y la tela, por ejemplo, son materiales flexibles. Por el contrario, el barro cocido y elvidrio son materiales rígidos, ya que, cuando se doblan, se rompen.7.4. ElasticidadEs la capacidad que tiene un material de recuperar su forma por sí solo,después de que se estira, se comprime o se retuerce. Los materiales que, como el caucho,recuperan su forma cuando cesa la fuerza que los ha deformado se llaman materialeselásticos. Por el contrario, los materiales que, como la plastilina, no recuperan su formapor si solos se llaman materiales plásticos.8.Clasificación de los materiales según su origen Materiales naturales: son aquellos que se encuentran en la naturaleza, las personas utilizamos materiales naturales con diferente origen: mineral, vegetal o animal. o A partir de rocas y minerales se obtienen los materiales de origen mineral. Los metales, la piedra o la arena son materiales de origen mineral. o A partir de las plantas obtenemos los materiales de origen vegetal. El material de origen vegetal más importante es la madera, pero también existen otros que empleamos de forma habitual, como las fibras vegetales (algodón, lino, mimbre) o el corcho. o Otros son materiales de origen animal. Por ejemplo, el cuero o la lana que usamos en muchas prendas de vestir, en bolsos, zapatos, etc. Materiales sintéticos: son aquellos creados por las personas a partir de materiales naturales; por ejemplo, el hormigón, el vidrio, el papel o los plásticos.
    • Los objetos que nos rodean están fabricados con una gran variedad de materiales quepodemos clasificar de diferentes formas; por ejemplo, por su origen. Sin embargo, elcriterio más adecuado para clasificar materiales es por sus propiedades.Otros materiales Aglomerado También sonmateriales compuestos el aglomerado y el contrachapado, que usaremos en el taller. Sefabrican a partir de láminas (contrachapado) o restos de madera (aglomerado) con cola. AleacionesNormalmente, los materiales metálicos no se utilizan en estado puro, sino formandoaleaciones. Una aleación está compuesta de dos o más elementos, siendo al menos unometálico. Como por ejemplo: El acero, aleación de hierro y carbono. El bronce, aleación de cobre y estaño. El latón, aleación de cobre y cinc.
    • Clasificación de los materiales según sus propiedadesA lo largo de esta unidad estudiaremos en detalle las propiedades de los materiales. Segúnestas propiedades, podemos clasificar los materiales más usuales en los siguientes grupos:maderas, metales, plásticos, materiales pétreos, cerámicas y vidrios o materiales textiles.MATERIAL APLICACIONES PROPIEDADES EJEMPLOS OBTENCIÓN No conduce el Muebles. calor ni la Pino. Roble.Madera Estructuras. A partir de árboles. electricidad. Fácil Haya. Embarcaciones. de trabajar. Buen conductor del Clips. Cuchillas. Acero. Cobre. A partir de calor y laMetal Cubiertos. Estaño. determinados electricidad. Dúctil Estructuras. Aluminio. minerales. y maleable. PVC. PET. Bolígrafos. Carcasas Ligero. Mal Porexpán Mediante procesos dePlástico conductor del calor (corcho químicos, a partir del electrodomésticos. y la electricidad. blanco). petróleo. Envases. Metacrilato. Pesados y resistentes. Encimeras. Fachadas Difíciles de Mármol. Se obtienen de lasPétreos y suelo de edificios. trabajar. Buenos Granito. rocas, en canteras. aislantes del calor y la electricidad. Cerámica: a partir de arcillas y arenas por Vajillas. Ladrillos, Duro. Frágil. Loza. moldeado y cocción.Cerámica y tejas. Ventanas, Transparente (solo Porcelana. Vidrio: se obtienevidrio puertas. Cristales. vidrio). Vidrio. mezclando y tratando arena, caliza y sosa. Flexibles y Se hilan y tejen fibras Algodón.Textiles Ropa. Toldos. resistentes. Fáciles de origen vegetal, Lana. Nailon. de trabajar. animal o sintético.
    • Propiedades de los materiales¿Por qué utilizamos diferentes materiales? Porque tienen distintas propiedades. Así, haymateriales capaces de soportar cargas pesadas (pensemos en los puentes construidos conhormigón o acero); otros son elásticos, por lo que pueden deformarse sin romperse: es elcaso de la goma; otros conducen bien el calor o la electricidad, etc.A continuación estudiaremos el comportamiento de los materiales en diversas situaciones:frente a los esfuerzos, frente al calor o frente a la electricidad.9. Comportamiento de los materiales frente a los esfuerzosImaginemos que situamos tres cargas iguales sobre tres láminas de distintos materiales,tal y como se aprecia en los siguientes dibujos:Láminas de gomaUna lámina de goma se deforma cuando situamos encima la carga. Pero cuando retiramosla carga, la lámina recupera su forma original.
    • Láminas de chapa de aceroUna lámina de chapa de acero se deforma ligeramente cuando situamos encima la carga.Cuando retiramos la carga, la lámina no recupera su forma.Láminas de maderaUna lámina fina de madera puede romperse si no soporta la carga.
    • En el ejemplo anterior, si la carga es ligera, la lámina de madera no se romperá, aunquepuede combarse. Pero al aumentar la carga, la lámina de madera termina por romperse.La resistencia de un material está relacionada con la carga máxima que puede soportarantes de romperse. Los materiales más resistentes como, por ejemplo, el hormigón o elacero, pueden soportar cargas más elevadas sin romperse.Por el contrario, el material más resistente de los tres analizados es el acero, pues sulámina soporta la carga sin romperse (aunque se deforma ligeramente). La goma, aunqueno se rompe, se deforma con facilidad: es un material elástico.Por tanto, hay materiales resistentes que se deforman con facilidad. Otros materiales,como el vidrio, son resistentes; no se deforman de manera permanente, pero se rompencon facilidad: son materiales frágiles.Viaducto elaborado con hormigón, un material bastante resistente
    • Comportamiento de los materiales frente a la electricidadEnchufeSi observamos un cable, vemos que está formado por dos tipos de materiales: un metal enel interior (el hilo conductor) y un plástico en la parte externa (la cubierta aislante). ¿Porqué se emplean estos materiales? Porque el cobre es un buen conductor de la electricidad,es decir, permite que las cargas eléctricas se muevan por su interior con facilidad, mientrasque los plásticos son, en general, malos conductores de la electricidadOtras propiedades de los materiales MagnetismoHay otras propiedades que caracterizan a los materiales y que justifican su uso endeterminadas aplicaciones. El vidrio y algunos plásticos, por ejemplo, son transparentes;los plásticos son impermeables, etc. O las propiedades magnéticas de algunos metales seaprovechan para separarlos.
    • 10. Clasificación de los materialesEjemplo de la estructura de un polímero, el polietileno.La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus propiedades y suestructura atómica. Son los siguientes: Metales Cerámicos Polímeros10.1. METALESPara otros usos de este término, véase Metal (desambiguación)Metal se usa para denominar a los elementos químicos caracterizados por ser buenosconductores del calory la electricidad poseen alta densidad y son sólidos en temperaturasnormales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) endisolución.La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entrela banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlacemetálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, ygeneralmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia deuna estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento deaquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, laconductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con lossemiconductores. Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde laprehistoria. Al principio, sólo se usaron los que se encontraban fácilmente en estado puro(en forma de elementos nativos), pero paulatinamente se fue desarrollando la tecnologíanecesaria para obtener nuevos metales a partir de sus menas, calentándolos en un hornomediante carbón de madera.El primer gran avance se produjo con el descubrimiento del bronce, fruto de la utilizaciónde mineral de cobre con incursiones de estaño, entre 3500 a. C. y 2000 a. C., en diferentesregiones del planeta, surgiendo la denominada Edad del Bronce, que sucede a la Edad dePiedra.Otro hecho importante en la historia fue la utilización del hierro, hacia 1400 a. C. Loshititas fueron uno de los primeros pueblos en utilizarlo para elaborar armas, tales comoespadas, y las civilizaciones que todavía estaban en la Edad del Bronce, como los egipcios olos aqueos, pagaron caro su atraso tecnológico.No obstante, en la antigüedad no se sabía alcanzar la temperatura necesaria para fundirel hierro, por lo que se obtenía un metal impuro que había de ser moldeado a martillazos.
    • Hacia el año 1400 d. C. se empezaron a utilizar los hornos provistos de fuelle, que permitenalcanzar la temperatura de fusión del hierro, unos 1.535 °C.Henry Bessemer descubrió un modo de producir acero en grandes cantidades con un costerazonable. Tras numerosos intentos fallidos, dio con un nuevo diseño de horno y, a partirde entonces, mejoró la construcción de estructuras en edificios y puentes, pasando elhierro a un segundo plano.Poco después se utilizó el aluminio y el magnesio, que permitieron desarrollar aleacionesmucho más ligeras y resistentes, muy utilizadas en aviación, transporte terrestre yherramientas portátiles.El titanio, es el último de los metales abundantes y estables con los que se está trabajandoy se espera que, en poco tiempo, el uso de la tecnología del titanio se generalice.Los elementos metálicos, así como el resto de elementos, se encuentran ordenados en unsistema denominado tabla periódica. La mayoría de los elementos de esta tabla sonmetales.Los metales se diferencian del resto de elementos, fundamentalmente en el tipo de enlaceque constituyen sus átomos. Se trata de un enlace metálico y en él los electrones formanuna «nube» que se mueve, rodeando todos los núcleos. Este tipo de enlace es el que lesconfiere las propiedades de conducción eléctrica, brillo, etc.. 10.2Cerámica técnicaPara otros usos de este término, véase Cerámica (desambiguación).La cerámica técnica es la rama de la cerámica que se ocupa de la utilización de materialescerámicos en aplicaciones tecnológicas. La palabra cerámica deriva del vocablogriegoqueramos, cuya raíz sánscrita significa "quemar". En su sentido estricto se refiere ala arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye atodos los materiales inorgánicos no metálicos que se forman por acción del calor Hasta losaños 1950, los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas enalfarería, ladrillos, azulejos y similares, junto con el cemento y el vidrio. El arte tradicionalde la cerámica se describe en alfarería. También puede buscarse la historia del rakú,singular técnica milenaria oriental.Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El estudio de lacerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas yacentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales. Estotambién se ha buscado incorporándolas a materiales compuestos como es el caso de loscermets, que combinan materiales metálicos y cerámicos.
    • Propiedades mecánicas de la cerámicaLos materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturanante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materialesporosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas oconcentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.El módulo de elasticidad alcanza valores bastante altos del orden de 311 Gap en el casodel Carburo de Titanio (Tic). El valor del módulo de elasticidad depende de la temperatura,disminuyendo de forma no lineal al aumentar ésta.Estos materiales muestran deformaciones plásticas. Sin embargo, debido a la rigidez de laestructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos paradislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de forma muy lenta. Con losmateriales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de ladeformación plástica, y también es muy lenta. Aun así, es omitido en muchas aplicacionesde materiales cerámicos.Tienen elevada resistencia a la compresión si la comparamos con los metales incluso atemperaturas altas (hasta 1.500 °C). Bajo cargas de compresión las grietas incipientestienden a cerrarse, mientras que bajo cargas de tracción o cizalla dura las grietas tienden asepararse, dando lugar a la fractura.Los valores de tenacidad de fractura en los materiales cerámicos son muy bajos (apenassobrepasan el valor de 1 MPa.m1/2), valores que pueden ser aumentadosconsiderablemente mediante métodos como el reforzamiento mediante fibras o latransformación de fase en circonio.Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades mecánicas a altastemperaturas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo ycomo puntas cortantes de herramientas.Algunos materiales cerámicos pueden soportar temperaturas extremadamente altas sinperder su solidez. Son los denominados materiales refractarios. Generalmente tienen bajaconductividad térmica por lo que son empleados como aislantes. Por ejemplo, partes de loscohetes espaciales son construidos de azulejos cerámicos que protegen la nave de las altastemperaturas causadas durante la entrada a la atmósfera.Por lo general los materiales cerámicos presentan un buen comportamiento a altatemperatura mientras que pueden sufrir roturas por choque térmico a temperaturasinferiores.
    • Termo fluencia: La conservación de las propiedades mecánicas a altas temperaturas toma gran importancia en determinados sectores como la industria aeroespacial. Los materiales cerámicos poseen por lo general una buena resistencia altermo fluencia. Esto es debido principalmente a dos factores en el caso de cerámicos cristalinos: altos valores de temperatura de fusión y elevada energía de activación para que comience la difusión. Choque térmico: Se define como la fractura de un material como resultado de un cambio brusco de temperatura. Esta variación repentina da lugar a tensiones superficiales de tracción que llevan a la fractura. Entre los factores que condicionan la resistencia al choque térmico toma gran importancia la porosidad del material. Al disminuir la porosidad (aumentar la densidad) la resistencia al choque térmico y las características de aislamiento se reducen, mientras que la resistencia mecánica y la capacidad de carga aumentan. Muchos materiales son usados en estados muy porosos y es frecuente encontrar materiales combinados: una capa porosa con buenas propiedades de aislamiento combinada con una delgada chaqueta de material más denso que provee resistencia.Tal vez sea sorprendente que estos materiales puedan ser usados a temperaturas endonde se licúan parcialmente. Por ejemplo, los ladrillos refractarios de dióxido de silicio(SiO2), usados para recubrir hornos de fundición de acero, trabajan a temperaturassuperiores a 1650 °C (3000 °F), cuando algunos de los ladrillos comienzan a licuarse.Diseñados para esa función, una situación sin sobresaltos requiere un control responsablesobre todos los aspectos de la construcción y uso.Forja metálica en la marquesina del actual Ayuntamiento de Madrid, antiguo Palacio deComunicaciones.El concepto de metal refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones concaracterísticas metálicas, como el acero y el bronce. Los metales comprenden la mayorparte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una líneadiagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen bajaelectronegatividad y baja energía de ionización, por lo que es más fácil que los metalescedan electrones y más difícil que los ganen.
    • 10.2. PolímeroEl poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva conocida comoestireno.Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión demoléculas más pequeñas llamadas monómeros.Un polímero no es más que una sustancia formada por una cantidad finita de moléculasque le confieren un alto peso molecular que es una característica representativa de estafamilia de compuestos orgánicos. Posteriormente observaremos las reacciones que danlugar a esta serie de sustancias, no dejando de lado que las reacciones que se llevan a caboen la polimerización son aquellas que son fundamentales para la obtención de cualquiercompuesto orgánico. El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímerosnaturales, entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos elnailon, el polietileno y la baquelita.PolimerizaciónLa reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denominapolimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerizaciónpara dar lugar al polímero, ésta se clasifica como "polimerización por pasos" o como"polimerización en cadena". En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá deparámetros como la temperatura o el tiempo de reacción, teniendo cada cadena untamaño distinto y, por tanto, una masa molecular distinta, de ahí que se hable de masapromedio del polímero.
    • Tipos de polimerizaciónExisten dos tipos fundamentales de polimerización: Polimerización por condensación.En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua.Debido a esto, la masa molecular del polímero no es necesariamente un múltiplo exacto dela masa molecular del monómero. Los polímeros de condensación se dividen en dosgrupos:Los Homopolímeros. Poli etilenglicol SiliconasLos Copo limeros. Baquelitas. Poliésteres. Poliamidas.La polimerización en etapas (condensación) necesita al menos monómeros disfuncionales.Deben de saber que los polímeros pueden ser maquinales.Ejemplo: HOOC--R1--NH2Si reacciona consigo mismo, entonces:2 HOOC--R1--NH2 <----> HOOC--R1--NH· + ·OC--R1--NH2 + H2O <----> HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2 + H2O Polimerización por adición.En este tipo de polimerización a masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de lamasa molecular del monómero.Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica: Iniciación: CH2=CHCl + catalizador ⇒•CH2–CHCl• Propagación o crecimiento: 2 •CH2–CHCl• ⇒•CH2–CHCl–CH2–CHCl• Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.
    • Tactilidad de poli estireno, a táctico, sindi táctico, isostático.La estructura puede ser lineal o también ramificada (aparte de poder presentarentrecruzamientos). También pueden adoptar otras estructuras, por ejemplo radiales.Por otra parte, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena demonómeros, o bien esta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o menortamaño. También se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace entreátomos de distintas cadenas.La naturaleza química de los monómeros, su masa molecular y otras propiedades físicas,así como la estructura que presentan, determinan diferentes características para cadapolímero. Por ejemplo, si un polímero presenta entrecruzamiento, el material será másdifícil de fundir que si no presentara ninguno.Los enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso dependiendodel orden estereoquímica de los enlaces, un polímero puede ser: a táctico (sin orden),isostático (mismo orden), o sindi táctico (orden alternante) a esta conformación se la llamatactilidad. Las propiedades de un polímero pueden verse modificadas severamentedependiendo de su estereoquímica.En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denominahomopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copo limero o heteropolímero.Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero, pues proviene de un único tipo demonómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtenerun copolímero de estos dos monómeros.
    • 11. Impactos ambientales11.1 Fabricación de hierro y aceroLa fabricación de hierro y acero implica una serie de procesos complejos, mediante loscuales, el mineral de hierro se extrae para producir productos de acero, empleando coquey piedra caliza. Los procesos de conversión siguen los siguientes pasos: (a) producción de coque del carbón, y recuperación de los subproductos, (b) preparación del mineral (p.ej., sintetizar y formar pelotillas), (c) producción de hierro, (d) producción de acero, y (e) fundición, laminación y acabado.Se pueden realizar estos pasos en una sola instalación, o en varios lugares completamenteseparados. En muchos países en desarrollo, es fabricado el acero de chatarra, en un hornode arco eléctrico. Por eso, los pasos (a) a (c), posiblemente no siempre sean aplicables atodos los proyectos de fabricación de acero. Una forma alternativa para producir el aceroes la de la reducción directa, utilizando gas natural e hidrógeno. El producto de esteproceso, hierro esponjoso, se convierte en acerco en un horno de arco eléctrico; luego sefunden los lingotes, y para esto se producen los productos no planos con una o doslaminadoras. Son las llamadas "mini fabricas".Impactos ambientales potencialesLa industria de acero es una de las mas importantes en los países desarrollados y los queestán en vías de desarrollo. En los últimos, esta industria, a menudo, constituye la piedraangular de todo el sector industrial. Su impacto económico tiene gran importancia, comofuente de trabajo, y como proveedor de los productos básicos requeridos por muchas otrasindustrias: construcción, maquinaria y equipos, y fabricación de vehículos de transporte yferrocarriles. Durante la fabricación de hierro y acero se producen grandes cantidades deaguas servidas y emisiones atmosféricas. Si no es manejada adecuadamente, puedecausar mucha degradación de la tierra, del agua y del aire. En los siguientes párrafos, sepresenta una descripción breve de los desperdicios generadas por los procesos defabricación de hierro y acero.
    • 11.2 Producción de coque y recuperación de subproductosEl coque es producido por el calentamiento de carbón bituminoso, que expulsa loscomponentes volátiles. El coque es empleado como agente de reducción, en los hornosaltos que producen hierro, para extraer el metal del mineral; durante este proceso, ciertacantidad de carbón se disuelve en el hierro líquido. El proceso de formación del coque ocoquificación, despide grandes cantidades de gas conteniendo monóxido de carbono; estofacilita la producción de toda una serie de químicos: alquitrán mineral, aceites livianoscrudos (conteniendo benceno, tolueno, xileno), amoniaco, naftaleno, y cantidadesimportantes de vapor. La mayoría de estas substancias pueden ser recuperadas yrefinadas como productos químicos; el resto del gas del horno de “coquificación” seemplea internamente en los diferentes procesos y hornos para calefacción, y su excedentede gas puede ser utilizado para generar energía eléctrica, o como materia prima para laproducción de químicos.La producción de coque produce grandes cantidades de aguas servidas que contienenamoníaco y otros componentes liberados durante el proceso de coquificación. Esta aguacontiene concentraciones potencialmente tóxicas de fenoles, cianuro, ti cianato,amoníaco; sulfuro y cloruro. La producción de coque emite humo visible, polvo de coque, yla mayoría de las substancias volátiles mencionadas anteriormente.11.3 Preparación del mineralLos minerales que contienen hierro (hemetita, magnetita) se trituran, se clasifican y seaglomeran, mediante sintonización, para formar pelotillas, nódulos o briquetas, a fin detener el mineral concentrado y reacondicionado para alimentarlo a los hornos altos. Lapreparación del mineral puede generar grandes cantidades de desechos produciremisiones de polvo y dióxido de azufre.11.4 Producción de hierroEl hierro es producido en el alto horno mediante la conversión de los minerales en hierrolíquido, a través de su reducción con coque; se separan con piedra caliza, los componentesindeseables, como fósforo, azufre, y manganeso. Los gases de los altos hornos son fuentesimportantes de partículas y contienen monóxido de carbono. La escoria del alto horno esformada al reaccionar la piedra caliza con los otros componentes y los silicatos quecontienen los minerales. Se enfría la escoria en agua, y esto puede producir monóxido decarbono y sulfuro de hidrógeno. Los desechos líquidos de la producción de hierro, seoriginan en el lavado de gases de escape y enfriamiento de la escoria. A menudo, estasaguas servidas poseen altas concentraciones de sólidos suspendidos y pueden conteneruna amplia gama de compuestos orgánicos, amoníaco, compuestos de arsénico y sulfuros.
    • 11.5 Producción de aceroEl hierro producido en los altos hornos es refinado mediante el proceso de fabricación deacero, en el que es eliminada la mayor parte del carbón que sé disolvió en el hierro líquido.En las plantas antiguas, el proceso de fabricación de acero todavía emplea el hogarabierto, pero en las plantas nuevas el método favorito es el del horno básico de oxígeno; seemplea oxigeno para quemar el carbón que está disuelto en el hierro. En ambos procesos,se producen grandes cantidades de gases que contienen monóxido de carbono y polvo.Estos gases pueden ser reciclados luego de eliminar el polvo.11.6 Fundición, laminación y acabadoEl paso final de la producción de acero convierte los lingotes de acero en los productosfinales deseados. Los lingotes se laminan y forman placas, alambres, planchas, barras,tubos y varillas. Durante la laminación, se emplean grandes cantidades de aceitehidráulico y lubricante. Además, los bajos químicos (para eliminar los óxidos) y la limpiezadel producto final para remover el aceite y grasa, pueden generar volúmenes significativosde desechos líquidos ácidos, alcalinos y de solventes. En las plantas modernas, se omite, amenudo, el paso de la fundición de lingotes y se utiliza hierro líquido, directamente, en unproceso de fundición y laminación continúa.12. Reducción directa: Mini fábricas de aceroLa mini fábrica está formada por un horno de reducción directa y un horno de arcoeléctrico y fundición continua de lingotes. Es aquí donde se reduce el mineral de hierroutilizando gas natural (o productos de petróleo), el mismo que se convierte, en un horno dereformación, en un gas que contiene hidrógeno. El hierro esponjoso que se produce en elproceso de reducción, se alimenta al horno de arco eléctrico, a fin de convertirlo en acero.A menudo se emplean grandes cantidades de chatarra en este horno, además del hierroesponjoso. Al omitir el proceso de coquificación y utilizar minerales de alta calidad, haceque este proceso alternativo produzca menos contaminación que el proceso convencionalde alto horno; sin embargo, pueden haber emisiones significativas de polvo y monóxido decarbono.12.1 Desechos sólidosLas fábricas de hierro y acero producen grandes cantidades de desechos sólidos, comoescoria de horno alto, que puede ser utilizada para producir ciertos tipos de cemento, si segranula correctamente. La escoria básica, otro desecho sólido, se emplea comofertilizante, y se produce al utilizar los minerales de hierro que poseen un alto contenido defósforo.La recolección de polvo en las plantas de coque, sintonización y en el alto horno, producedesechos que, en teoría, pueden ser parcialmente reciclados. El diseño debe aprovechar al
    • máximo el reciclaje de los desechos sólidos recolectados en los es pesadores, tanques deasentamiento, ciclones de polvo, precipitaderos electroestáticos y áreas dealmacenamiento de las materias primas. Hay que identificar en el plan del proyecto, lasmedidas apropiadas de eliminación definitiva de desechos sólidos, y éstas deben serevaluadas completamente durante los estudios de factibilidad del proyecto. Se debeinvestigar la facilidad con que se puede lixiviar estos desechos; los depósitos dedesperdicios sólidos deben ser forrados y monitoreados continuamente, a fin de prevenir lacontaminación de las aguas freáticas. (Ver el capítulo: "Manejo de peligros industriales")12.2Desechos líquidosLos solventes y ácidos que se utilizan para limpiar el acero son, potencialmente, peligrosos,y deben ser manejados, almacenados y eliminados como tal. Algunos de los subproductosque se recuperan son peligrosos o carcinogénicos, y se debe tomar las medidas adecuadaspara recolectar, almacenar y despachar estos productos. Es necesario monitorear las fugasde líquidos y gases.12,3Reducción de los desechosSi no se toman las medidas apropiadas, la contaminación atmosférica puede convertirseen un problema muy serio. Será necesario, durante la etapa de diseño, estudiar formas dereducir la contaminación atmosférica, mediante el uso de equipos especiales queeliminaran el polvo seco, para separar los gases y recuperar los químicos valiosos, yremover los contaminantes tóxicos y recolectar los gases que contienen monóxido decarbono e hidrógeno, a fin de utilizarlos como combustibles secundarios en la planta, opara producir otros químicos (p.ej., metanol y amoníaco). Estas medidas pueden reducir lacontaminación atmosférica y aumentar la eficiencia energética. Los químicos que causancontaminación atmosférica son: dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, benceno, tolueno,xileno, naftaleno, fenoles, benzopireno, cianuro, sulfuro de hidrógeno, y los compuestos deplomo y cinc.Se emplean grandes cantidades de agua en la fabricación de hierro y acero. Es necesariocontar con sistemas de tratamiento de aguas servidas para todos los procesos defabricación de hierro y acero, y se debe estudiar la forma de reciclar el agua servida ytratada. Debido al alto contenido de sólidos de las aguas negras que se emplean paralavar los gases, es necesario incluir amplias instalaciones de coagulación y asentamiento.Alternativas del proyecto13. Selección del sitioSe analizan los temas generales que han de ser tomados en cuenta en la selección del sitiopara una planta industrial, en el capítulo: "Ubicación de plantas y desarrollo de parquesindustriales." La naturaleza de la producción de hierro y acero es tal que los impactos
    • sobre el medio ambiente causados por su producción, almacenamiento y transportemerecen especial atención al evaluar los sitios alternativos. Si se da insuficiente atención alos problemas de emisiones y efluentes durante la etapa de planificación, el impacto sobreel medio ambiente puede ser substancial. Es inapropiado utilizar aguas de recepción cuyacalidad o caudal sea inadecuado para aceptar los efluentes bien tratados.Otro aspecto que merece ser atendido es el transporte de la materia prima hacia el sitio, ylos productos finales fuera de éste. Se debe evitar la ubicación de las plantas industrialescerca de las áreas residenciales, especialmente si son densamente pobladas, debido a lasmolestias causadas por el polvo y el ruido. La producción de hiero y acero requiere demucho espacio; por eso, al seleccionar el sitio se debe tomar esto en cuenta. Además, hayque tratar de dejar espacio para instalaciones adicionales que se requerirán en el futuro.13.1 Procesos de fabricaciónSi bien existen muchas alternativas para la planificación e implementaci6n de losproyectos, generalmente, el proceso de fabricación de hierro y acero que se utilizadepende de las materias primas que están disponibles, y sus propiedades minerales,químicas y físicas pueden variar grandemente; de las materias primas utilizadas para elproceso de reducción en el horno alto (p.ej., coque con la inyección adicional de gasnatural, aceite, o polvo de carbón); y de los combustibles utilizados en los hornos, calderasy centrales térmicas. La naturaleza de los productos finales también afecta el diseño de laplanta. Una mini fábrica de acero que hace reducción directa del mineral y emplea unhorno eléctrico basado en gas natural y electricidad, causará un impacto ambiental muchomenor. Los diseños recientes de plantas integradas de hierro y acero demuestran unatendencia hacia los procesos continuos que utilizan menos enfriamiento y calentamientoen las interfaces algo que es importante para ahorrar energía y causan menoscontaminación atmosférica e hídrica.Existe una amplia selección de procesos y equipos para controlar la contaminación. Elmejor método de control y el equipo idóneo, dependerán del volumen y composición de loscontaminantes que deben ser recuperados o descargados al medio ambiente. 14. Conclusiones al termino de esta investigaciónEs sin duda impresionante la manera en la que han evolucionado los materiales y loimportante que es conocer sus propiedades no tan solo físicas o mecánicas sino también aotro nivel como bien podría ser a nivel atómico ya que de esto depende en buena parte elcomprender como habrá de comportarse un material en ciertas condiciones y de esamanera conjeturar algunas características como su dureza o su resistencia a algunosesfuerzos, la verdad este curso de Materiales ha resultado de mucho provecho para cadauno de nosotros hemos aprendido como conocer a los materiales por sus propiedades asícomo por su tipo, sus estructuras internas y externasconocimiento provechoso
    • 15.BIBILOGRAFIAwww.estructurascristalinas.comhttp://www.cmpl.ipn.mx/Area_Tecnica/Glosario.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Material_de_construcci%C3%B3nhttp://www.slideshare.net/ignameco/materiales-de-construccin-230573http://www.slideshare.net/alebruno/clasificacion-de-los-materiales-presentationhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materiales