3tema-2-materiales

CEED ACFGS TECNOLOGÍA

El ser humano utiliza infinidad de materiales para satisfacer sus necesidades que se diferencian entre y elaborado.

prima es el material que se obtiene de la naturaleza, que puede ser aprovechado directamente o ser sometido a diversas transformaciones.

Material elaborado es el que se obtiene después de someter la materia prima a las transformaciones oportunas.

Desde el punto de vista de su se agrupan en dos grandes grupos: los materiales y los no metálicos.

Los materiales metálicos, están Son de gran utilidad industrial.

materiales férricos o materiales

básicamente constituidos por un metal. Se distinguen dos grandes grupos: los derivados del hierro y los materiales no

derivados del resto de metales.

Los no son aquellos materiales en cuya composición no intervienen metales como componente básico. Dependiendo de su origen

distinguiremos entre: materiales naturales (seda o cuarzo), sintéticos (hormigón o vidrio) y (pinturas, lubricantes, insecticidas, etc.)

Tema 2 MATERIALES 25

1. PROPIEDADES MÁS RELEVANTES DE ESTOS MATERIALES

1.1 PROPIEDADES ELÉCTRICAS

1.2 PROPIEDADES MECÁNICAS

2. ESTADO NATURAL, CARACTERÍSTICAS, OBTENCIÓN Y

APLICACIONES DE LOS MATERIALES MÁS UTILIZADOS EN EL

ÁMBITO INDUSTRIAL

2.1 MATERIALES FÉRRICOS, ACEROS Y METALES

TÉCNICAS DE MODIFICACIÓN DE PROPIEDADES. OXIDACIÓN Y

CORROSIÓN. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

2.2 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y CERÁMICOS

2.3 PLÁSTICOS

2.4 FIBRAS TEXTILES

3. IMPACTO AMBIENTAL PRODUCIDO POR LA OBTENCIÓN,

TRANSFORMACIÓN Y DESHECHO DE LOS MATERIALES

4. PROCEDIMIENTOS DE RECICLAJE DE MATERIALES, IMPORTANCIA

ECONÓMICA

5. PRECAUCIÓN Y SEGURIDAD EN EL MANEJO DE MATERIALES

TEMA 2: MATERIALES


1. PROPIEDADES MÁS RELEVANTES DE ESTOS MATERIALES

Los materiales cumplen muy diferentes dependiendo de la necesidad que se pretende satisfacer: la alimentación, la vivienda, el vestido y calzado, la

de la de el etc.

La elección de un tipo de material para una aplicación concreta no es tarea fácil, ya

que existe un material perfecto que sirva para todo. Para su elección habrá que

tener en cuenta las condiciones externas a las que va a estar sometido (tales como

esfuerzos, temperatura, salinidad, etc.). Teniendo en cuenta esto habrá que elegir

aquel que cumpla una serie de propiedades según las necesidades.

1.1 PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Por su comportamiento frente a la electricidad los materiales se clasifican en:

Conductores: Ofrecen muy poca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Por ejemplo: todos los metales, el agua salada y el grafito.

sólo dejan pasar la corriente en un sentido y no en otro.

Aislantes, no dejan pasar la corriente eléctrica, como es el caso del vidrio, porcelana, el plástico y la madera.

1.2 PROPIEDADES MECÁNICAS

capacidad de algunos materiales para recuperar su forma inicial tras desaparecer la causa que los deformaba.

capacidad de un material para mantener su nueva forma una vez deformado.

facilidad de un material para quebrarse cuando sufre un impacto.

Resiliencia: resistencia de un material a su rotura cuando está sometido a esfuerzos de deformación bruscos o rápidos.

Tenacidad: resistencia del material a su rotura cuando está sometido a esfuerzos de deformación lentos.

oposición del material a dejarse rayar por otro.

capacidad de un material para estirarse en hilos.

capacidad de los materiales para extenderse en láminas.

es la propiedad de dar forma a un material.

Es la capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas y sin defectos. Para que un metal sea colable debe poseer gran

fluidez para poder llenar completamente el molde.



2. ESTADO NATURAL, CARACTERÍSTICAS, OBTENCIÓN Y

APLICACIONES DE LOS MATERIALES MÁS UTILIZADOS EN EL ÁMBITO

INDUSTRIAL

A la hora de estudiar los materiales vamos a diferenciar cinco grandes grupos que veremos separadamente:

Materiales férricos, aceros y metales Materiales de construcción y cerámicos

Vidrio

Plásticos Materiales textiles

2.1 MATERIALES FÉRRICOS, ACEROS y otros METALES

Características y aplicaciones

El hierro es el metal más utilizado en la actualidad, ya que su coste de obtención es relativamente bajo. Los materiales férricos más importantes son:

Hierro puro, con pureza del 99.9 %, prácticamente no tiene utilidad en la industria por se muy difícil de conseguir-

Acero, es una aleación hierro con carbono. La cantidad de carbono oscila entre el 0.03 % y el 1,76 %. Cuanto más carbono tiene el acero más duro

resulta, pero resulta más frágil.

Los aceros son aleaciones de acero con otros elementos metálicos y no metálicos. Según las sustancias presentes se logran cualidades

específicas. Así el acero al manganeso tiene una mayor resistencia al

desgaste, el acero al vanadio es más duro y resulta muy adecuado para

fabricar herramientas, el acero al silicio resulta mucho más flexible y el

acero inoxidable 18/8 (18% de cromo y 8% de níquel) es extraordinariamente resistente a la corrosión.

que es también una aleación de hierro con carbono que contiene entre 1,77% y 6,67 % de de carbono. Las fundiciones son muy duras y

resistentes, pero difíciles de cortar, se emplean en tapaderas de desagües en la calles y en estructuras de máquinas de herramientas como

taladradoras de columna, tornos, fresadoras, etc.


Los materiales férricos son aquellos cuyo componente principal es el

hierro, asociado a otras sustancias, tanto metálicas como no metálicas.


La industria utiliza también otros metales, en estado puro o formando aleaciones. Los no pueden destacarse:

El cobre, de color rojizo, es uno de los metales más antiguos empleados por el ser humano. Debido a su elevada eléctrica y su ductilidad,

está especialmente indicado para la fabricación de conductores eléctricos y

bobinados.

Como es poco resistente a los agentes atmosféricos, el cobre a la intemperie se recubre de una capa de carbonato de color verdoso, que impide su

posterior oxidación.

Como es un metal relativamente blando, se alea con el aluminio (duraluminio), con el cinc (latones) y con el estaño (bronces) para mejorar su dureza y su

resistencia a la tracción.

El es un metal de color blanco brillante, buen conductor del calor y electricidad, blando, dúctil maleable y muy ligero.

Sin embargo, el metal puro es demasiado débil para la mayor parte de las aplicaciones corrientes, por lo que se utiliza en forma de aleaciones. Por la

baja densidad del metal, se las conoce como aleaciones ligeras y las más

habituales son el que se emplea en construcción, ya mencionada y

la aleación que se emplea en la construcción de motores.

El es uno de los metales más ligeros que se conocen pero es muy poco resistente. Para aumentar su resistencia se alea con el cobre y cinc,

formando una aleación llamada ultraligera, que es extraordinariamente

ligera y resistente muy empleada en la industria aeronáutica y aeroespacial,

para la fabricación de estructuras de sustentación, piezas de motores y

asientos. También en fabricación de motocicletas y bicicletas de

competición.

Como hemos visto, las propiedades de los metales puros, como la dureza, la resistencia a la corrosión, la tenacidad, la ductilidad, etc. mejoran considerablemente cuando se mezclan con otros metales y no metales.

Estado natural y obtención

El hierro, acero y los demás productos ferrosos no se encuentran en la naturaleza en estado puro, sino combinados con otros elementos formando los

distintos minerales de hierro. Los más importantes son la pirita, la magnetita y

el oligisto.



Una vez localizado el mineral en la mina es necesario extraerlo a través de galerías o a cielo abierto. El primer tratamiento que sufre es la trituración y la molienda,

hasta dejarlo como harina, para posteriormente separar la parte útil (llamada mena)

de la parte despreciable (llamada formada por tierra o rocas trituradas.



COMO LEER EL DIBUJO

1.- De la mina al horno 1.1 1.2

1.3

Trituración Separación de mena y ganga por densidad o magnetismo

Sinterización

2.- Obtención del material 3.- Llenado y encendido 4.- Funcionamiento

El cobre en la naturaleza está presente en diversos minerales como la cuprita, calcopirita y la malaquita. Según el contenido en cobre hay dos técnicas de

obtención del cobre: la vía húmeda y la vía seca.

La vía húmeda, se emplea cuando el contenido en cobre es < 10% y consiste en disolver el material con sulfúrico y recuperar el cobre por electrólisis posterior.

La vía seca, que es más habitual se emplea si el contenido en cobre supera el 10%. En un primer paso el mineral se somete a trituración y molienda hasta pulverizarlo. A continuación se separación por flotación el mineral (mena que contiene cobre, con hierro y azufre) de la ganga. Luego el mineral húmedo se

somete al proceso de por el que se elimina las impurezas de azufre y se forman óxido de cobre y de hierro. A continuación, el óxido de cobre sufre

un proceso de calcinación en el horno de reverbero. Los óxidos de hierro se

combinan con la sílice y forman la escoria mientras se produce la mata blanca o

sulfuro de cobre. Finalmente, éste se somete a un proceso de reducción y se

obtiene cobre bruto, con algo de óxido de cobre mezclado.



El aluminio, se obtiene exclusivamente del mineral llamado bauxita. Los yacimientos más importantes se encuentran en Australia, Guinea y Jamaica.

El proceso de obtención del aluminio consta fundamentalmente de dos partes: química para la obtención de alúmina y su posterior electrólisis

para obtener aluminio.

El se encuentra en la naturaleza en forma de silicatos y carbonatos de magnesio y cloruro de magnesio.

Se puede obtener por dos procedimientos:

que se aplica a los silicatos y carbonatos de magnesio. El procedimiento consiste en someterlos a elevadas temperaturas junto con

agentes reductores; así se libera el magnesio.

Electrólisis que se aplica al cloruro de magnesio, se libera magnesio por acción de la electricidad.

CLASIFICACIÓN DE LOS METALES NO FERROSOS SEGÚN SU DENSIDAD

TÉCNICAS DE MODIFICACIÓN DE PROPIEDADES. OXIDACIÓN Y

CORROSIÓN. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

La corrosión de los metales, sobre todo de los aceros, se debe a la formación de óxido de hierro a causa de la humedad y otros agentes. La corrosión se presenta en forma de picaduras y grietas y puede provocar el fallo y rotura de piezas vitales en

objetos, construcciones y máquinas.

La corrosión supone una gran pérdida económica, de hecho se estima que un tercio

de la producción mundial de acero es destruida por corrosión. Para evitar la

corrosión de los metales se emplean diferentes técnicas:


Tipo Características Ejemplo

Pesados

Su densidad es igual o

mayor de 5 kg/dm3.

Estaño, Cobre, Cinc,…

Ligeros

Su densidad está comprendida entre 2 y 5

kg/dm3.

Aluminio y Titanio.

Ultraligeros

Su densidad es menor de

2 kg/dm3.

Magnesio y Berilio.


Empleo de que protegen eficazmente contra la corrosión y mejoran el aspecto del producto.

El galvanizado que consiste en recubrir la superficie del metal con una delgada capa de cinc que proporciona una eficaz protección contra la

corrosión. En aceros que van a la intemperie como vallas de protección y

postes de alumbrado público.

El cromado y niquelado consiste en recubrir superficialmente la pieza con una capa finísima de cromo o níquel. De este modo se mejora el aspecto y se

evita la oxidación, este acabado se emplea en instrumentos musicales.

El consiste en recubrir con una capa de esmalte la superficie de los metales, emplea para recubrir electrodomésticos y diferentes objetos:

sartenes, etc.

Baños de plata y oro que se aplican a objetos de decoración hechos con metales baratos.

2.2 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y CERÁMICOS

A lo largo de la historia los materiales de construcción han evolucionado. Para facilitar su estudio vamos a diferenciar cinco grandes grupos: materiales

y y de que ya hemos

estudiado).

Características, aplicaciones y obtención

Los materiales cerámicos se pueden definir por un conjunto de materiales obtenidos a partir de arcilla, previamente moldeada y cocida. Se caracterizan por ser químicamente inertes, resisten altas temperaturas, presentan gran

resistencia a la compresión aunque son frágiles frente a esfuerzos de tracción.

Podemos distinguir cuatro grandes grupos: ladrillos y tejas, azulejos y y loza y refractarios.

El proceso de obtención de los materiales cerámicos pasa siempre por las mismas fases: en primer lugar preparación de las materias primas, luego

y finalmente almacenaje. Los son en general, cualquier producto que sea capaz de unir partes o

piezas de un objeto o una construcción. Los cementos empleados en construcción están constituidos por una mezcla de arcilla y caliza cocida y

pulverizada que tiene la propiedad de que, una vez amasado con agua, fragua, es

decir se endurece si se deja secar.



En la actualidad, el más utilizado es el cemento Pórtland, que se obtiene por cocción de una mezcla de piedra caliza y arcilla en proporción 3:1, a la que se añaden otros minerales como óxidos de silicio, aluminio o hierro para obtener

propiedades específicas.

El hormigón fraguado presenta gran resistencia a la compresión pero no a la tracción, por ello se mejora añadiendo una armadura metálica, formando el

resistente a la tracción gracias a la armadura.

El vidrio es un material que obtiene mediante la fusión de diferentes componentes muy abundantes en la naturaleza como son la arena y la caliza,

junto con sosa y otros aditivos que se añaden en función del tipo de vidrio que

se desea obtener.

Se trata de un material duro, transparente y de estructura amorfa. Resulta muy resistente a la tracción, por lo que algunas fibras de vidrio llegan a

soportar esfuerzos superiores a los de los aceros.

Conviene resaltar que la tecnología ha permitido en los últimos años encontrar nuevas y espectaculares aplicaciones del vidrio. Así, la fibra o lana de vidrio se

emplea como aislante térmico y acústico, mientras que la fibra óptica (filamento continuo y flexible de pequeñísimo diámetro y gran longitud

fabricado de polisilicio) es capaz de transmitir un haz o rayo luminoso a mucha

distancia sin sufrir prácticamente ninguna variación. El vidrio se emplea en

ámbitos tan distintos como la medicina, la electrónica o las telecomunicaciones,

teniendo gran futuro en las nuevas tecnologías.

2.3 PLÁSTICOS

Características, obtención y aplicaciones

Los plásticos pertenecen a un grupo llamado polímeros que están formados por la unión de moléculas de menor tamaño llamados que se repiten de forma

ordenada y cuya base estructural es el carbono.

Los plásticos son compuestos procedentes de sustancias naturales (principalmente petróleo, pero también hulla, gas natural, madera o resina de árboles) que han sufrido una gran transformación química. A las sustancias de partida, se añaden

otros productos (cargas), que les confieren diversas propiedades físicas, químicas


Un material plástico es aquel que es capaz de ser modelado mediante

pequeños esfuerzos o temperaturas relativamente bajas.

El hormigón es una mezcla, en diferentes proporciones, de cemento,

arena y grava, a la que se añade agua.


y mecánicas, para obtener el color deseado y que aceleran el proceso de polimerización. Hay dos procesos distintos para obtener los plásticos:

Polimerización por adición, cuando un monómero se uno a otro y así sucesivamente, formándose una cadena muy larga.

Polimerización por condensación, los dos monómeros reaccionan entre sí, convirtiéndose en otro con propiedades distintas.

Hoy en día, la utilización de los plásticos incide en todos los ámbitos de la sociedad y en aspectos muy variados como:

En industria textil, se fabrican gran cantidad de fibras diferentes con características que a veces no poseen las fibras naturales, así el nylon tiene

gran resistencia a la tracción y el Gore-tex actúa como aislante frente a la humedad.

los plásticos ayudan a la conservación de alimentos en forma de envases herméticos que facilitan el transporte y almacenamiento.

Ahorro energético, los plásticos reducen el peso de vehículos por lo que consumen menos. También se emplean como aislantes térmicos.

En agricultura, aumentan la producción en los invernaderos y reducen el consumo de agua.

Salud, se emplean para fabricar válvulas cardíacas, estuches de medicamentos, pastillas biodegradables que liberan los medicamentos lentamente, etc.

Los plásticos son productos muy difíciles de alterar por la acción del medio ambiente, convirtiéndose en residuos de larga vida. Tradicionalmente una vez utilizados se han arrojado a vertederos (poco recomendable) o incinerarlos de

forma incontrolada (gran contaminación y desperdicio energético).

2.4 FIBRAS TEXTILES

Según su origen sintéticas.

distinguimos tres grandes grupos: naturales, artificiales y

Naturales, tienen su origen en el reino animal (como la lana y la seda) (como algodón, cáñamo, esparto o lino).

son fibras que se obtienen por procedimientos mecánicos o químicos a partir de polímeros naturales. La primera fibra artificial

fabricada fue el rayón que se consigue por reacción de la celulosa

con un ácido.


La fibra textil es toda sustancia fibrosa apta para ser hilada y tejida.


Las fibras sintéticas se obtienen por síntesis química. Según sea el proceso utilizado se obtienen diferentes materias, como las poliamidas, el

poliestireno, el polivinilo o polipropileno. Estas fibras abarcan una gran

cantidad de variedades y cada una de ellas presenta unas propiedades

determinadas: las hay de tacto suave, impermeables, resistentes a las altas

temperaturas, antialérgicas, elásticas, de gran poder higroscópico, etc.

Las cualidades más apreciadas de un tejido son la durabilidad, la comodidad y el aspecto que dependen en gran medida de las propiedades de las fibras o mezclas

de fibras de que se compone el tejido. Veamos algunos casos:

Nota: A=alta; M=media, B=baja

3. IMPACTO AMBIENTAL PRODUCIDO POR LA OBTENCIÓN,

TRANSFORMACIÓN Y DESHECHO DE LOS MATERIALES

En los principios del tercer milenio, la sociedad occidental ha alcanzado un grado considerable de desarrollo. Máquinas de todo tipo, industrias que

fabrican todo lo imaginable, vehículos que circulan cada vez a más velocidad,

etc. Sin embargo este progreso nos está costando un precio muy alto: nuestro

planeta está cada vez más contaminado y degradado.

Los países industrializados son grandes consumidores de productos y por tanto grandes productores de basuras. Todo lo que utilizamos acaba convirtiéndose en

basura. Por otro lado, la producción industrial precisa materias primas que

obtenemos directamente de la naturaleza o por transformación.

Toda la actividad industrial está originando grandes que han empezado a manifestarse: los de y de recursos.

La que se produce principalmente por tres motivos: La acumulación de residuos supera la capacidad del medio natural para

eliminarlos, como ocurre en las grandes concentraciones de población que hacen

que los vertederos se saturen antes de que se degrade.


Llamamos contaminación a todas aquellas alteraciones del medio

natural que el ser humano ha originado, de forma directa o indirecta.

Durabilidad Comodidad

Resistencia a la abrasión (RA)

Tenacidad (T)

Absorción (A)

Retención térmica (RT)

Resilencia

(Rs)

Resistencia a la formación de frisas (RF)

Lana M B A A A A

Seda M M A M M A

Algodón M M A B B A

Rayón B B A B B A

Nailon A A B M A B

Poliéster M M B M A B


Cuando los generados no son con escombros o vehículos abandonados.

Cuando los residuos son tóxicos, de manera que muy pequeñas concentraciones ocasionan daños irreparables como son ciertos vertidos en ríos que aun sin ser en

cantidad elevada ocasionan la muerte de la fauna del entorno.

El de y primas, debido a la sobre explotación de recursos del tipo de petróleo y combustibles fósiles, maderas, etc. que

además suponen un aumento de la acumulación de residuos que

no se pueden reciclar, deforestación (pérdida de masa forestal) y cambios climáticos.

Los son ya conocidos:

El efecto invernadero

La Tierra recibe de forma natural la energía procedente del Sol. La atmósfera terrestre gracias al vapor de agua y al dióxido de carbono CO2 absorbe parte de

esta energía y mantiene así una temperatura media terrestre.

Como consecuencia de la actividad industrial aumenta en la atmósfera la cantidad de CO2 provocando una mayor absorción de dicha radiación solar y el consiguiente

aumento de la temperatura de la superficie terrestre. De hecho, en los últimos cien

años, la cantidad de CO2 presente en la atmósfera ha aumentado considerablemente

y simultáneamente se ha observado un incremento en la temperatura media del

planeta.

Si no se limitan las emisiones CO2, los científicos predicen un aumento entre 2 y 4 ºC de la temperatura de la Tierra cuyas consecuencias pueden ser tremendas: aumento del nivel del mar al fundirse en parte los polos, inundación de las zonas costeras y

las tierras más fértiles y alteraciones importantes en el clima.

La lluvia ácida

El problema de la lluvia ácida surge cuando la lluvia además, lleva disueltos óxidos de azufre y de nitrógeno, procedentes de las combustiones industriales. Cuando esto

ocurre se llama "lluvia ácida" porque contiene ácidos que caen sobre la tierra en

forma de lluvia o de nieve. Las consecuencias de la lluvia ácida son:

Biológicas: problemas respiratorios, irritaciones, destrucción de tierras de cultivo y de bosques.

Económicas: destrucción de tierras de cultivo; destrucción de estatuas y corrosión de los metales.



La capa de ozono

La llamada ”capa de ozono” situada en la estratosfera, envuelve todo el planeta y nos protege de las radiaciones ultravioletas. Hace algunos años los científicos

detectaron un agujero en la capa de ozono que va en aumento y de no cambiar la

situación se esperan consecuencias desastrosas y un aumento de casos de cáncer de

piel.

Las investigaciones han demostrado que este problema se ha producido por el uso

indiscriminado de unos gases llamados freones que se emplean como refrigerantes

en circuitos y como impelentes de aerosoles (lacas e insecticidas). Debemos

desechar su uso y encontrar otras alternativas menos perjudiciales. Los se

descomponen en la estratosfera generando cloro libre, destruye el ozono y formando oxígeno.

4. PROCEDIMIENTOS DE RECICLAJE DE MATERIALES, IMPORTANCIA

ECONÓMICA

la página web: www.ecoportal.net

El reciclado mecánico, consiste en recoger, clasificar y triturar los residuos según sea el material, plástico, papel, metales, etc. de esta forma estos materiales pueden transformarse nuevamente mediante diferentes

procedimientos tecnológicos.

En la mayoría de las ciudades hay contenedores de diferentes colores que facilitan el reciclado de diferentes materiales: plásticos, vidrios, pilas…

En la fabricación de vidrio a partir de vidrio reciclado se necesita aproximadamente, la mitad de temperatura que en la fabricación de vidrio

nuevo. Consiguiendo así ahorrar energía y materias primas.

Conviene señalar que cuando se recicla un plástico, el nuevo producto obtenido tiene una calidad inferior, por lo que no se puede realizar este proceso de forma indefinida. Actualmente se trabaja en la creación de

nuevos plásticos que se degradan de forma espontánea por la acción de la

luz (fotodegradación) o de los microorganismos (biodegradación).


En general, los residuos presentan graves inconvenientes para el medio ambiente, por lo que

siempre debemos tratar de reducir el consumo de

materias primas y plásticos y reutilizarlos para

reducir su volumen. Pero el procedimiento más útil es

o volver a introducir en la cadena productiva los ya desechados.

Se emplean diferentes procedimientos entre los que

destacamos:

Principio de las 3 Rs, imagen tomada de

http://www.ecoportal.net/


La de iniciales, consiste en la descomposición de piezas ya utilizadas para obtener los compuestos más sencillos que

pueden utilizarse de nuevo como materia prima de industrias petroleras o

de transformación de plásticos.

La valoración energética de los plásticos se refiera a la posibilidad de aprovechar los mismos como combustible, ya que poseen un poder calorífico

similar al gas natural o fuel-oil. Este procedimiento suele restringirse a

aquellos tipos que no pueden aprovecharse en los casos anteriores por ser

sus procesos de transformación poco rentables o contaminantes.


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