clasificación de los materiales

Materiales: Tipos y propiedades

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Los materiales constituyen cualquier producto de uso cotidiano ydesde el origen de los tiempos han sido utilizados por el hombrepara mejorar su nivel de vida.Al principio, stos se encontraban espontneamente en lanaturaleza: la madera, la piedra, el hueso, el cuerno o la piel.Ms tarde se empezaron a emplear otros materiales mselaborados como la arcilla, la lana o las fibras vegetales, parallegar ms tarde al empleo de los metales y las aleaciones yterminando, con la revolucin industrial, con el auge del uso delacero por encima de todos los dems materiales.

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Se tiene que tener la mayor informacin posible para que cuando debamos optar por unmaterial, para fabricar un objeto, un til, o una mquina, la eleccin sea acertada, reuniendoel material todas las caractersticas que precise.

Imagen 3. Fuente propia. Imagen 4. Fuente propia. Imagen 5. Fuente propia.

La obtencin de nuevos materiales y los procesos productivos para su transformacin enproductos finales es un fin de la tecnologa. Para ello es necesario conocer sus orgenes,propiedades, caractersticas y comportamiento ante los distintos tipos de requerimientos.

Se han desarrollado innumerables materiales diferentes con caractersticas muy especialespara satisfacer necesidades muy concretas de nuestra compleja sociedad, metales, plsticos,vidrios y fibras. Actualmente los adelantos electrnicos ms sofisticados se basan en el uso desemiconductores.

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1. Tipos de materiales

Para clasificar los materiales se pueden adoptar varios criterios. Atendiendo a su origen sedistinguen los:

Materiales naturales.Materiales sintticos artificiales.

Materiales naturales son los que se encuentran en lanaturaleza, pudiendo estar en el subsuelo, sobre la tierra oen el mar.

A partir de ellos se obtienen los dems productos.

Pertenecen a este grupo la madera, el hierro, el algodn, elcarbn

Aunque esto materiales se encuentran en la naturaleza, para poder hacer uso de ellos sedeben prospectar, localizar, extraer y obtener.Hay que ser conscientes de que se tiene que hacer un uso racional de estos materiales, ya quesi bien algunos de ellos son renovables (lana, madera), hay otros que no lo son (petrleo,metales,) y dejarn de existir con el paso del tiempo.

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Materiales sintticos artificiales son los que han sido obtenidos por el hombre apartir de materiales naturales por medio de procesos fsicos y qumicos.

Son materiales sintticos artificiales el hormign, que se obtiene a partir de la mezcla dearena, grava, cemento y agua, o la baquelita obtenida por reaccin qumica del fenol yel formol.

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La sociedad actual exige el continuo desarrollo de tcnicas para obtener nuevos materialesque atiendan a necesidades cada vez ms estrictas: soportar temperaturas muy elevadas,ser ms resistentes a la corrosin, operar a mayores velocidades, emplear productos msligeros

Contesta a este pequeo cuestionario sobre los materiales naturales y los artificialespara asentar los conocimientos.

Los materiales naturales se encuentran de forma ilimitada en la naturaleza.

Verdadero Falso

Los materiales sintticos se obtienen a partir de los materiales naturales.

Verdadero Falso

Los materiales sintticos se obtienen mezclando los naturales.

Verdadero Falso

El hombre est buscando nuevos materiales naturales para afrontar las exigencias queconlleva el avance tecnolgico.

Verdadero Falso

El plstico es un material natural porque proviene del petrleo, y el petrleo seencuentra en la naturaleza.

Verdadero Falso

El lino es un material artificial porque el hombre tiene que plantarlo y cultivarlo.

Verdadero Falso

Diferentes brillos

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2. Propiedades de los materiales

Los materiales se diferencian entre s por sus propiedades.

Las propiedades de los materiales se pueden agrupar en base a distintos criterios. Nosotros,desde un punto de vista tcnico, vamos a establecer la siguiente clasificacin:

Propiedades sensorialesPropiedades fsico qumicasPropiedades mecnicasPropiedades tecnolgicas

A continuacin estudiaremos cada una de ellas.

Propiedades sensoriales

Son aquellas que estn relacionadas con la impresin que causa el material ennuestros sentidos.

Son propiedades sensoriales el color, el brillo, el olor y la textura.

Diferentes texturas

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Podramos decir que estas propiedades son las menos "importantes", ya que, al hacerreferencia al aspecto externo del material, tienen un componente ms esttico que tcnico. Pero, como todos sabemos, en nuestra sociedad de consumo, las cosas nos entran por los ojos,y por eso a un producto le pedimos, adems de que cumpla unas condiciones determinadas,que sea atractivo, y es ah donde entran en juego las propiedades sensoriales.

Responde a estas sencillas preguntas sobre las propiedades sensoriales

Las propiedades sensoriales no son importantes a la hora de seleccionar un materialpara construir algo.

Verdadero Falso

El que el cristal de una ventana sea transparente hace referencia a una propiedadsensorial.

Verdadero Falso

Las propiedades sensoriales son "subjetivas" y no se pueden medir.

Verdadero Falso


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2.1. Propiedades fsico qumicas

Propiedades fisicoqumicas Son las que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes accionesexternas, como el calentamiento, las deformaciones o el ataque de productos qumicos. Estas propiedades son debidas a la estructura microscpica del material; es laconfiguracin electrnica de un tomo la que determina los tipos de enlaces atmicos yson stos los que contribuyen a forjar las propiedades de cada material.

Calor especfico

Es la cantidad de energa necesaria para aumentar 1C la temperatura de un cuerpo.Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios detemperatura bajo el suministro de calor.

Conductividad elctrica

Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de lacorriente elctrica a su travs.

Segn esta propiedad los materiales pueden ser conductores(cobre, aluminio), aislantes (mica, papel) o semiconductores(silicio, germanio).

El ejemplo de la tijera de electricista es muy representativo.Utiliza un material conductor para lo que es la tijera, debido a sus propiedades de resistenciamecnica, pero un material aislante en la zona donde las agarramos, para evitar problemasde descargas elctricas cuando las utilizamos.

Conductividad trmica

Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso del calor a sutravs.

El material del que estn hechas las sartenes, ollas..., debe serconductor trmico, para que transmita el calor desde el fuegohasta los alimentos.


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Magnetismo

Segn el comportamiento ante los campos magnticos, losmateriales pueden ser:

diamagnticos (oro, cobre), cuando se oponen a uncampo magntico aplicado, de modo que en su interior sedebilita el campo

paramagnticos (aluminio, platino) cuando el campomagntico en su interior es algo mayor que el aplicado

ferromagnticos (hierro, nquel) cuando el campo se vereforzado en el interior de los materiales. Estos materiales se emplean como ncleosmagnticos en transformadores y bobinas en circuitos elctricos y electrnicos.

pticas

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

Un material puede ser transparente, (vidrio, celofn) cuando permite ver claramenteobjetos situados tras l, traslcido (alabastro, mrmol) cuando deja pasar la luz pero nopermite ver ntidamente a su travs y opaco (madera,cartn) cuando impide que la luz loatraviese.

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Peso especfico

Es la relacin entre la masa y el volumen de un material, y se conoce con el nombre dedensidad.

DENSIDAD DE ALGUNOS MATERIALES (kg/m3)

Madera de abeto 430 Aluminio 2.680

Aceite de oliva 915 Titanio 4.450

Agua destilada 1.000 Acero fundido 7.880

cido sulfrico 1.848 Cobre 8.900

Magnesio 1.740 Plomo 11.340

Qu pesa ms, un kilo de hierro o un kilo de paja?

Cuntas veces nos han hecho esta pregunta?

Y cuntas veces nos hemos equivocado?

Todos sabemos que pesan igual, pero...

Lo que sucede es que tienen un peso especfico muy diferente (la misma masa ocupavolmenes muy distintos), y si contestamos sin pensar...podemos llegar a decirlo mal.

Un determinado material cuyo volumen es 1.84 dm3 presenta una masa de 4,93 kg,Cul es su densidad? De qu material se trata?

RECUERDA: la densidad se define como la relacin existente entre masa y volumen.

Un recipiente contiene 735 cm3 de un fluido, se introduce en l una esfera cuyo peso es591 g y se comprueba que el nivel del depsito asciende hasta 810 cm3. De qumaterial es la esfera introducida?

Un cubo de 50 mm de lado tiene una masa de 1.35 kg y otro de 60 mm de 1.43 kg. Siambos se sumergiesen en agua simultneamente, cul de los dos se hundira msrpidamente?

Dilatacin trmica

Es la variacin de dimensiones que sufren los materiales cuando se modifica su temperatura.

Esta variacin viene dada por la expresin:

Donde Li es la longitud inicial, k el coeficiente de dilatacin lineal (depende de cadamaterial) y T es el incremento de temperatura.

En la siguiente tabla tienes los coeficientes de dilatacin de materiales usuales.

COEFICIENTE DE DILATACIN LINEAL (C-1)

Vidrio 8.4 10-6 Madera 3.9 10-6

Acero 1.2 10-5 Fundicin 1.3 10-5

Cobre 1.7 10-5 Zinc 3.1 10-5

Te imaginas que pasara si, cuando hiciera mucho calor, las vas del tren se dilataran?

El agua, en lo que a la dilatacin se refiere, no sigue la conducta de los dems cuerpos.En este enlace tienes una pequea explicacin de cul es el motivo y de por qu esprovidencial para la vida marina en las zonas rticas.

En el tendido de una lnea de ferrocarril cuyos rales son de fundicin, a qu distanciamnima se deben colocar dos rales consecutivos si tienen una longitud de 30 m y latemperatura en la zona oscila entre 38C en verano y -13C en invierno?

AYUDA: La distancia mnima a que deben colocarse dos rales es justo la longitud quela fundicin se puede dilatar en verano.

En una lnea de distribucin elctrica la longitud del cable de cobre entre dos apoyos esde 112 m. Si la temperatura ambiente es de 13C, Cul es la mxima temperatura quepuede alcanzar, si no debe incrementar su longitud ms de 30 mm?


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Punto de congelacin

Es la temperatura a la cual un lquido se transforma en slido.

El agua, por ejemplo, tiene su punto de congelacin, como todossabemos, en 0C.

Punto de ebullicin

Es la temperatura a la cual un lquido se transforma en gas.

Punto de fusin

Es la temperatura a la cual un cuerpo en estado slidose transforma en lquido.

TEMPERATURA DE FUSIN (C)

Fsforo 44 Vidrio 450

Azufre 111 Aluminio 660

Estao 231 Cobre 1083

Plomo 327 Hierro 1539

Zinc 419 Titanio 1800

Resistencia a la corrosin

La corrosin es el comportamiento que tienen los materiales al estar en contacto condeterminados productos qumicos, especialmente cidos en ambientes hmedos.

Resistencia a la oxidacin

La oxidacin es la capacidad de los materiales a ceder electrones ante el oxgeno de laatmsfera.

Qu propiedades fsico-qumicas son determinantes a la hora de elegir el materialpara construir una cazuela?

El punto de fusin

El coeficiente de dilatacin


Ver solucin

Qu propiedades fsico-qumicas son determinantes a la hora de elegir el materialpara construir una silla para el jardn?

Peso especfico


Resistencia a la oxidacin

Ver solucin

Qu propiedades fsico-qumicas son determinantes a la hora de elegir el materialpara construir una puerta?

Conductividad elctrica

El coeficiente de dilatacin

pticas

Ver solucin

2.2 Propiedades mecnicas

Propiedades mecnicas

Son las que describen el comportamiento de un material ante las fuerzasaplicadas sobre l, por eso son especialmente importantes al elegir el material delque debe estar construido un determinado objeto.

Tenacidad / Fragilidad

Ponemos estas dos propiedades juntas porque son "opuestas".

Tenacidad es la capacidad de un material de soportar, sin deformarse ni romperse,los esfuerzos bruscos que se le apliquen.

Fragilidad es la facilidad para romperse un material por la accin de un impacto.

Imagen 23. Galera de Office. Creative Commons. Imagen 24. Galera de Office. Creative Commons.

Elasticidad / Plasticidad

Elasticidad es la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensionesprimitivas cuando cesa el esfuerzo que les haba deformado.

Plasticidad es la aptitud de los materiales de adquirir deformaciones permanentes, esdecir de no recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que leshaba deformado.

Imagen 25. Galera de Office. Creative Commons. Imagen 26. Galera de Office. Creative Commons.

Dureza

Dureza es la oposicin que presenta un material a ser rayado por otro.

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Fjate que el lenguaje cotidiano no se corresponde muchas veces con el lenguajetcnico.

Nosotros solemos decir que el cristal, como se rompe muy fcilmente, es poco duro.Pero tcnicamente eso no es correcto; el cristal es duro, porque no se raya confacilidad. Por romperse con facilidad es frgil.

Fatiga

La fatiga es una propiedad que nos indica el comportamiento de un material anteesfuerzos, inferiores al de rotura, pero que actan de una forma repetida.

Un puente est sometido a fatiga porque, cuando un coche pasa por l, est sometido auna carga, y cuando no pasa, no. De esta forma el puente est sometido a un esfuerzode una forma continua y repetida. Cuando el material del puente sobrepasa el lmite defatiga, falla de una forma casi instantnea.

Estas preguntas te ayudarn a comprender mejor las propiedades mecnicas.

Un material tenaz puede ser elstico.

Verdadero Falso

Un material duro no tiene por qu ser tenaz.

Verdadero Falso

Un material elstico no puede ser plstico.

Verdadero Falso

2.3 Propiedades tecnolgicas

Propiedades tecnolgicas

Son las que nos indican la disposicin de un material para poder trabajar con l o sobrel.

Ductilidad Maleabilidad

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Ductilidad

Es la propiedad que presentan algunos metales de poder estirarse sin romperse,permitiendo obtener alambres o hilos.

Maleabilidad

Es la posibilidad que presentan algunos metales de separarse en lminas delgadas sinromperse.

Resiliencia

Es una medida de la energa que se debe aportar a un material para romperlo.

Resistencia mecnica

Es la capacidad que tiene un material de soportar los distintos tipos de esfuerzo queexisten sin deformarse permanentemente.

Soldabilidad

Es la posibilidad que tienen algunos materiales para poder ser soldados.

Colabilidad

Es la aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde.

Mecanibilidad

Es la facilidad de algunos materiales para ser mecanizados por arranque de viruta. Tambinse le llama maquinabilidad.

Acritud

Es el aumento de dureza y fragilidad que adquieren los materiales cuando son deformados enfro.

En qu situaciones tendremos que tener en cuenta la acritud de un material?

Cuando va a ser conformado en un torno

Cuando va a ser conformado por forja

Cuando va a ser conformado por fundicin.

La maleabilidad es:

La propiedad de separarse un material en lminas.

La propiedad de estirarse un material en hilos.

La capacidad de un material de llenar un molde.

Un material que tiene colabilidad tiene mecanibilidad.

Siempre

Algunas veces

Nunca

3. Composicin de la materia: Estructuras cristalinas

Todos los metales, excepto el mercurio, se encuentran en estado slido a temperaturaambiente.Esto se debe a que sus tomos ocupan unas posiciones espaciales de equilibriopredeterminadas, y a estas posiciones espaciales de equilibrio las llamamos redes cristalinas.

Imagen 31. Wikimedia. Creative Commons. Imagen 32. Wikimedia. Creative Commons.

En los metales son comunes tres redes cristalinas:

Red cbica centrada en el cuerpo (BCC)Red cbica centrada en las caras (FCC)Red hexagonal compacta (HC)

Red cbica centrada en el cuerpo, BCC. (Body Centered Cube)

Los tomos conforman una estructura con forma de cubo y en ella un tomo ocupa elcentro geomtrico del cubo y otros ocupan cada uno de los ocho vrtices.

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Como hemos visto, en este tipo de redes un tomo ocupa el centro geomtrico del cubo y otrosocupan cada uno de los ocho vrtices. Cada uno de estos ocho tomos pertenecen, al mismotiempo, a cada uno de los ocho cubos que comparten el vrtice. Por lo tanto, cada cristal deesta red tiene realmente el equivalente a dos tomos.

Metales que cristalizan en este sistema son, por ejemplo, hierro , cromo, titanio,molibdeno, tungsteno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.

Todos ellos tienen como caracterstica comn el ser muy resistentes a la deformacin.

Red cbica centrada en las caras, FCC. (Face Centered Cube)

En stas un tomo ocupa el centro de cada una de las seis caras y otro ocupa cadauno de los ocho vrtices.

Imagen 34. Wikimedia. Creative Commons.

En estas redes, el tomo que ocupa el centro de cada una de las seis caras pertenece,realmente, a los dos cristales que comparten cara, y el tomo que ocupa cada uno de los ochovrtices pertenece a los ocho cristales que comparten vrtice, por lo que realmente estoscristales tienen el equivalente a cuatro tomos.

Los metales que cristalizan en esta red son fcilmente deformables.

Ejemplos de metales con estructura FCC son el hierro , el cobre, la plata, el platino, el oro,el plomo, el nquel y el aluminio.

Red hexagonal compacta, HC. (Hexagonal Compact)

Son aquellas en las que los tomos confoman una estructura con forma de prismahexagonal, y presentan un tomo en el centro de cada base, un tomo en cada unode los vrtices del prisma y tres tomos ms en un plano horizontal, interior alcristal.

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El tomo situado en el centro de cada base hexagonal es compartido por los dos cristalescontiguos; el tomo de cada uno de los vrtices es compartido por los seis cristales queconcurren en el vrtice, por lo que estas estructuras tienen el equivalente a seis tomos.

En este sistema cristalizan: cobalto, circonio, cadmio, magnesio, berilio y zinc, y tienen comocaracterstica comn su gran resistencia a la deformacin.

Algunos metales tienen la caracterstica de que cambian de red de cristalizacindependiendo de la temperatura a que se encuentren.Cuando ocurre eso decimos que el metal es politrpico, y a cada uno de los sistemasen que cristaliza el metal se le llaman estados alotrpicos. Un ejemplo de metal politrpico es el hierro.

A partir de 1539 C cristaliza en la red cbica centrada en el cuerpo (BCC) y aesta variedad alotrpica se le llama Fed

Al llegar a los 1400 C cambia de red de cristalizacin y cristaliza en la red cbicacentrada en las caras (FCC); a esta variedad alotrpica se le llama Fe

A partir de los 900 C tenemos el Fe que cristaliza de nuevo en el BCCA los 210 C aparece el Fe que, aunque no cambia de red de cristalizacin,

adquiere propiedades magnticas que seguir conservando a temperatura ambiente.

En esta pgina tienes explicada de un forma clara y breve cmo se crea la estructuracristalina de los metales. Tienes adems algunas imgenes reales de esta estructura.

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/index.html

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4. Modificacin de las propiedades de los metales:Aleaciones

La industria precisa materiales con propiedades muy especficas y, por supuesto, con el menorcoste posible.En general estas propiedades no son capaces de aportarlas los materiales simples, por lo que espreciso que se sometan a determinados procesos con el fin de mejorar estas caractersticas.Uno de estos procesos consiste en alearlos.

Una aleacin es una mezcla homognea de un metal en estado fundido con, al menos,otro elemento, que puede ser metlico o no, obteniendo un producto final que presentacaractersticas metlicas.

Las aleaciones se realizan fundiendo los diversos metales en un crisol y dejando luegosolidificar, lentamente, la solucin lquida. Se obtiene un material con una estructura granularcristalina formada por diferentes microconstituyentes como son:

Cristales simples o de componentes puros.Cristalizan separadamente y cada cristalcontiene un solo componente.

Es el caso de la aleacin llamada eutctica, que esuna mezcla ntima de cristales formada cada uno deellos de un solo componente puro.Estas aleaciones son de poca aplicacin prcticadebido a sus malas propiedades mecnicas peroson las que tienen la temperatura de fusin msbaja, por lo que se emplean casi exclusivamentepara la soldadura blanda.El ejemplo tpico lo constituye la aleacin plomo-estao, empleada en la soldadura de componenteselectrnicos.

Cristales de elementos compuestos. Estn formados por compuestos qumicos de loscomponentes que forman la aleacin, y no es posible distinguir separadamente loscomponentes originales.

Un ejemplo es la cementita (Fe3C) que aporta dureza a los aceros que la contienen.Cristales de solucin slida. Formados por una solucin slida de los componentes

puros o por uno de ellos y un compuesto qumico de ambos.Se forman debido a la solubilidad de los componentes en el estado slido.Pueden ser soluciones slidas por insercin, cuando los tomos de soluto ocupan los huecosdejados por los tomos de disolvente, o soluciones slidas por sustitucin, cuando los tomosde soluto sustituyen en las redes de tomos de disolvente a algunos de estos tomos.Cuando los cristales de solucin slida se forman con enfriamiento muy lento, tienenestructuras muy homogneas y muy buenas propiedades mecnicas para ser empleados en laconstruccin de elementos de mquinas.

Las propiedades de las aleaciones dependen de su composicin y del tamao, forma ydistribucin de sus fases o microconstituyentes. La adicin de un componente aunque sea en muy pequeas proporciones, incluso menosde 1% pueden modificar enormemente las propiedades de dicha aleacin.

En comparacin con los metales puros, las aleaciones presentan algunas ventajas:Mayor dureza y resistencia a la traccin.Menor temperatura de fusin, por lo menos de uno de sus componentes.

Pero tambin algunos inconvenientes:

Son menores la ductilidad, la tenacidad y la conductividad trmica y elctrica.

El estudio de las aleaciones se hace a travs de los diagramas de fase.Los diagramas de fases son la forma de representar grficamente la aleacin y en ellos seobservan las fases que estn presentes en una aleacin a diversas temperaturas ycomposiciones, siempre que se hayan obtenido en condiciones de enfriamiento o calentamientolento.Aunque los diagramas de fase se estudian detenidamente enTecnologa Industrial II, adelantar que en el diagrama de fasesque tenemos de ejemplo se observan tres zonas:

La monofsica L, donde solamente existe lquido.La zona monofsica a, donde solamente existe slido.La zona bifsica L+a, donde coexisten las dos fases.

En esta zona, las composiciones qumicas de cada una delas fases se indica mediante la interseccin de la isotermacon la lnea de lmite de fase. La fraccin en peso de cadafase en una regin bifsica puede determinarse utilizandola regla de la palanca a lo largo de una isoterma a unatemperatura determinada.

Las aleaciones:

Son la mezcla de dos materiales cualquiera.

Son la mezcla de dos metales.

Son la mezcla de dos metales, pero puede haber algn otro elemento ms.

Las propiedades de las aleaciones dependen de:

La composicin de la aleacin.

La proporcin de los elementos que mezclamos y de las caractersticas de susfases.

La composicin de la aleacin y del tamao de sus fases.

Las aleaciones se realizan para:

Mejorar las propiedades de los materiales de partida.

Mejorar las propiedades tecnolgicas de los materiales de partida.

Mejorar algunas propiedades de los materiales de partida.

5. Tipos de esfuerzos

Cuando se disea cualquier objeto o estructura se debe tener en cuenta que los elementos quelo forman van a estar sometidos a diferentes tipos de esfuerzos, cargas y acciones que debernsoportar.

En ocasiones en vez de emplear el concepto esfuerzo es ms adecuado usar elconcepto tensin, que resulta del cociente entre la fuerza aplicada y la seccin sobrela que se aplica.

La tensin se mide en Pascales (Pa), que son equivalentes a los Newton/m2.

Un pilar de seccin cuadrangular de 30 cm de lado soporta un esfuerzo de compresinde 2.5 103 N. Calcula a qu tensin est sometido el pilar.

AYUDA: Deberemos utilizar la expresin del esfuerzo

Determina la mxima fuerza de traccin que es posible ejercer sobre un cilindrometlico de 30 cm de dimetro, si la tensin mxima que puede soportar es de 3 105

N/m2.

Se tiene que utilizar un pilar de seccin circular que debe soportar un esfuerzo decompresin de 2500 N. Si el esfuerzo mximo a compresin que soporta el material esde 63 103 N/m2, de qu dimetro deberamos elegir el pilar?

Ahora vamos a ir viendo los distintos tipos de esfuerzos a que estn sometidos los elementosestructurales.

Imagen 37. Fuente propia


Traccin

Se dice que un elemento est sometido a un esfuerzo detraccin cuando sobre l actan esfuerzos que tienden aestirarlo, como sucede, por ejemplo, con los cables de unpuente colgante o con una lmpara que est colgada deltecho.


Compresin Un elemento se encuentra sometido a compresin cuandosobre l se aplican fuerzas que tienden a provocar suaplastamiento, como es el caso, de los pilares de nuestracasa, o de las patas de una silla cuando estamos sentados enella.Cuando un elemento esbelto, es decir mucho ms largo que ancho, es sometido a estetipo de esfuerzos puede sufrir importantes deformaciones caractersticas debidas aflexiones laterales llamadas pandeo.




Flexin

Este tipo de esfuerzos es el que se aplica sobre elementos quetienden a doblarse. Es una combinacin de compresin ytraccin, mientras que las fibras superiores de la piezasometida a un esfuerzo de flexin se acortan (compresin), lasinferiores se alargan (traccin), como sucede con una pasarelao en una estantera que se comba debido al peso de los libros.


Torsin

Es el tipo de esfuerzos que soportan los elementos quetienden a ser retorcidos sobre su eje central, es el caso delos ejes, los cigeales y las manivelas o de un bote cuandoabrimos su tape de rosca.


Imagen 45. Fuente propia.

Cortadura o cizalladura Es el esfuerzo que al ser aplicado sobre un elemento provoca sudesgarro o corte. Se produce cuando sobre el mismo plano seaplican esfuerzos en sentidos opuestos. Es el caso de la bolade enganche de una caravana o simplemente del corte con unatijera.

Imagen 46. Kalipedia. Creative Commons

Estudia estas dos imgenes y determina a qu tipo de esfuerzos estn sometidos losdistintos elementos de estas estructuras.

Imagen 47. Isftic. Creative Commons. Imagen 48. Isftic. Creative Commons.

6. Ensayos

Con objeto de conocer la idoneidad de un material para una determinada aplicacin, o si va asoportar determinados esfuerzos, solicitaciones o cargas, debemos valorar, o ms bien,cuantificar las anteriores propiedades mecnicas.

Las propiedades mecnicas se cuantifican con exactitud mediante ensayos.

Para realizar un ensayo se toman muestras del material en cuestin a las que llamaremosprobetas, y se someten a distintas pruebas o ensayos y a partir de stos y de sus resultadospodremos:

Conocer las propiedades de los materiales, la influencia de su composicin qumica o delos tratamientos a que se han sometido.

Predecir el posible comportamiento que tendr un determinado material.Identificar posibles causas de fallo en servicio y procurar poner los medios para evitar los

fallos.Seleccionar los materiales ms idneos para usos concretos.

Ensayo de traccin

Analiza el comportamiento de un material ante un esfuerzo progresivo de traccin hasta surotura.

Para ello se somete a una probeta de un material, de dimensiones normalizadas, a unesfuerzo progresivo. sta va aumentando de longitud (alargamiento unitario = l/lo)mientras su seccin se va reduciendo, estriccin, hasta que llega un momento en que laprobeta se rompe.


Commons.Imagen 50. Wikimedia. Creative Commons.

En esta pgina tienes la informacin de cmo se desarrolla un ensayo de traccin(fjate que hay tres partes).

En ella aparece de forma esquemtica la mquina de ensayos, las probetas utilizadas,y la grfica obtenida para interpretar los resultados del ensayo.

No hace falta que te pares mucho en las expresiones matemticas, porque eso lotrabajars el curso que viene.

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials3.html

Ensayo de compresin Estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo progresivo de compresin,hasta que ste se rompe por aplastamiento.

Imagen 51. Wikimedia. Creative Commons

Ensayo de cortadura o cizalladura

Analiza el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo progresivo de cortadurahasta conseguir la rotura por deslizamiento en la seccin de cortadura.

Ensayo de flexin

Estudia el comportamiento de un material apoyado en sus extremos y sometido en su partecentral a un esfuerzo progresivamente creciente, comprobando la deformacin producida enl, flecha.

Imagen 52. ONI escuelas. Creative Commons. Imagen 53. ONI escuelas. Creative Commons.

Imagen 54. Kalipedia. Creative Commons. Imagen 55. Kalipedia. Creative Commons.

Ensayo de pandeo

Analiza un material esbelto al que se somete a un esfuerzo de compresin progresivamentecreciente, hasta conseguir su flexin lateral o pandeo.

En la fotografa se pueden ver distintas deformaciones que puede sufrir un materialsometido a pandeo

Imagen 56. Isftic. Creative Commons

Ensayo de torsin

Analiza el comportamiento de un material sometido a esfuerzos de torsin progresivos hastaalcanzar su rotura.

Ensayo de resiliencia

El ensayo de resiliencia consiste en romper una probeta de un material mediante un nicoimpacto de un pndulo de una masa determinada.La resiliencia ser el cociente entre el trabajo realizado y la seccin de rotura.Para la realizacin de este ensayo, reproducido en el esquema, se emplea un pndulo Charpycomo el que vemos a continuacin.

Imagen 57. Wikimedia. Creative Commons. Imagen 58. Wikimedia. Creative Commons

Aqu te explican cmo se desarrolla un ensayo de resiliencia. Vers tambin cmo sonlas probetas utilizadas.

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials6-1.html

Ensayo de dureza

Sobre la superficie del material a ensayar se aplica una fuerza mediante un durmetro openetrador, obtenindose la dureza mediante el cociente entre la carga aplicada y lasuperficie de la huella que queda sobre el material.

Existen varios mtodos de ensayos de dureza que se diferencian por la forma del penetradory por la distinta carga aplicada:

El ensayo Rockwell.El ensayo Brinell, emplea una bola de acero extraduro.El ensayo Vikers utiliza una pirmide de base cuadrada de unas dimensiones

determinadas.

Aqu tienes una explicacin clara de los ensayos de dureza.

Estn perfectamente explicados los distintos penetradores usados en el ensayo, quees lo que lo caracteriza.

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials6-2.html

Otros ensayos tecnolgicos

Se pueden realizar tambin una serie de ensayos tecnolgicos para tratar de predecir quecomportamiento tendrn los materiales ante este tipo de exigencias en los procesos defabricacin, y as habr ensayos de plegado, de embuticin, de forjado, de fatiga

La fatiga es la condicin por la que un material se agrieta progresivamente, pero deforma sbita, como resultado de la repeticin de cargas.

Como curiosidad mostramos dos imgenes de un pistn, separadas por tan slotreinta y dos segundos. En la primera el pistn est en condiciones normales de uso,y en la segunda el pistn que ya ha fallado por fatiga.

Imagen 59. Univ. Simn Bolvar.

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Imagen 60. Univ. Simn Bolvar.

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Cualquier aspecto de un ensayo tecnolgico est normalizado.

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

Por ejemplo , en el caso de un ensayo a traccin, la norma UNE 7282 nos determinacmo debe realizarse la preparacin de las probetas, la UNE 7262-73 las toleranciasen su mecanizado y la UNE 7010 sus dimensiones.

Las probetas son:

La muestra del material con la que probamos su comportamiento frente adiferentes esfuerzos.

La muestra con que se realiza el ensayo de traccin.

La muestra con que se realiza el ensayo de resiliencia.

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Los ensayos nos sirven para:

Conocer las propiedades de los materiales.

Seleccionar el material ms adecuado para una determinada aplicacin.

Evitar que un material falle.

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En los ensayos:

Aplicamos una carga progresiva hasta que el material rompe.

Aplicamos una carga cclica hasta que el material rompe.

Aplicamos una carga puntual hasta que el material rompe.

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7. Criterios de eleccin de los materiales

La idnea eleccin de un material para una determinada aplicacin es una decisincomprometida que exige de un amplio conocimiento, por parte del equipo de diseo, de laspropiedades de un gran nmero de materiales, para analizar las ventajas e inconvenientes quesupone el empleo de un material especfico en la fabricacin de un producto.

Para tomar la decisin adecuada sobre que material seleccionar se tienen que valorarlos siguientes aspectos:

Por supuesto, los aspectos anteriores no se deben buscar por separado. Lo importante esseleccionar un material en el que la relacin calidad-precio-prestaciones pueda satisfacerlas necesidades del elemento final de la cadena: el consumidor.

En realidad, lo nico que de verdad es importante a la hora de elegir un material es quesoporte el uso que le vamos a dar.

Verdadero Falso

No se encuentran en el mercado mesas de bano porque es una madera que no nosofrece buenas propiedades.

Verdadero Falso

La relacin calidad-precio-prestaciones es la que determina la eleccin de un material.

Verdadero Falso


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8. Uso racional de los materiales

El enorme incremento de la cantidad de productos fabricados trae consigo la aparicin de dosgraves problemas para la sociedad:

El agotamiento prematuro de los recursos naturales tanto de materialesrenovables, que jams deberan verse en peligro, siempre que se hiciese de ellos un usorazonable, como de los no renovables, siendo stos los que estn en mayor riesgo ya queno existe recambio para ellos en la Tierra.

Excesivo aumento de residuos industriales lo que provoca un significativo deteriorodel medio ambiente. Estos residuos industriales (materiales slidos, lquidos o gaseososgenerados en las actividades sociales e industriales) se estn generando en la actualidad encantidades desproporcionadas, debido al gran desarrollo industrial del que gozamos.

Qu puedes hacer t para evitar estos dos grandesproblemas que trae consigo la gran actividad consumistay, por lo tanto, productiva de nuestra sociedad?

Piensa, por ejemplo, en el supermercado: lo quecompras, donde te lo llevas...

El ejemplo anterior nos lleva concluir que es necesario que cualquier proceso industrial se llevea cabo teniendo presente la regla de las tres erres:

Imagen 62. Wikimedia.

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Regla de las tres erres

Reducir. El desarrollo tecnolgico permite disearprocesos que minimicen el uso de materiales en losprocesos de produccin y que se generen menorcantidad de residuos. Igualmente nosotros debemosevitar el consumo de productos innecesarios.

Reutilizar. Debemos ofrecer nuevas posibilidades deutilizacin a un producto que haya tenido otro uso, sinnecesidad de modificarlo o transformarlo.

Reciclar. Los productos que han llegado a su faseltima de utilizacin deben ser separados para serreprocesados e incorporados de nuevo a la cadena productiva, dndoles una nuevautilidad.

Esta nueva forma de ver la actividad industrial (reducir/reutilizar/reciclar) supone unareduccin del consumo de materias primas y energa, lo que nos lleva a un desarrollosostenible del que ya hablamos en la unidad anterior.

El planeta necesita una nueva revolucin industrial en armona con la naturaleza. Es loque propugnan el arquitecto estadounidense William McDonough y el qumico alemnMichael Braungart con su sistema "De la cuna a la cuna".

A las conocidas tres erres: reducir, reutilizar y reciclar, aaden una cuarta, laregulacin: en vez de reducir los consumos de energa, deberemos trabajar en eldiseo del producto, de manera que, teniendo en cuenta todas las fases de los productos(extraccin, procesamiento, utilizacin, reutilizacin, reciclaje...), ni siquiera seannecesarios los gastos de energa.

Por ejemplo, si un edificio gasta mucha energa con el aire acondicionado y lailuminacin, en vez de optimizar el rendimiento de la maquinaria y de instalar panelesfotovoltaicos, proponen concebir el edificio desde su inicio plantendose elaprovechamiento de la ventilacin cruzada y de la iluminacin natural, para no necesitarel gasto de energa que se producira de otra forma.

Para saber algo ms de este "De la cuna a la cuna" puedes visitar este vnculo.http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2008/08/22/179486.php

clasificación de los materiales

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