Download - Obtencion de Materiales
FACULTAD: Ingeniería Industrial, Sistemas e Informática
ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL: Ingeniería Industrial
APELLIDOS Y NOMBRES: Talledo Cherres, Luis Eduardo Díaz Trinidad, Darwin Muguruza Maguiña, SergioCURSO: Ingeniera de Materiales
DOCENTE: Laos Bernal,
CICLO: IVTRABAJO DE INVESTIGACIÓN
obtención de materiales
INTRODUCCION
En líneas generales, se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se
pueda emplear para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un
material que cumpla unas características determinadas.
Pro ellos los ingenieros y diseñadores necesitan calcular las ventajas e inconvenientes
de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que mejor se adapte a las
necesidades requeridas.
Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras; sus
propiedades sensoriales, ópticas, térmicas, magnéticas, químicas, mecánicas, etcétera.
La elección de un material se debe hacer cuidadosamente desde el punto de vista de sus
propiedades, dependiendo de la aplicación a la que se destine.
Es necesario conocer los tipos de materiales susceptibles de ser empleados. El ser
humano viene utilizando diversos materiales desde épocas ancestrales, aprovechando
los recursos disponibles de su entorno, como madera, arcilla, metales, etcétera. Para
designar las edades prehistóricas los historiadores utilizan el nombre del material que se
usaba predominantemente en ellas.
Así tenemos: materiales naturales que constituyen los materiales básicos para fabricar
los demás productos. En ocasiones estos recursos son limitados y se pueden agotar. Son
naturales la madera, la lana, el esparto, la arcilla, el oro, etc.
Materiales artificiales son aquellos que se obtienen a partir de otros materiales que se
encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa. Son artificiales el
hormigón y los bloques de hormigón.
Y los materiales sintéticos que están fabricados por el hombre a partir de materiales
artificiales. El ejemplo más característico lo constituyen los plásticos, como la baquelita,
que se obtiene a partir de dos materiales artificiales: formol y fenol.
1. LOS POLÍMEROS
1.1. OBTENCIÓN
La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos
básicos: obtención de las materias primas, síntesis del polímero básico,
obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente y moldeo o
deformación del plástico hasta su forma definitiva
1.1.1. Materias primas: En un principio, la mayoría de los plásticos se
fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del
algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y
derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los
materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del
nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el
nailon 11 se fabrica todavía con semillas de ricino, la mayoría de los
plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas
derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante,
dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están
investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del
carbón.
1.1.2. Síntesis del polímero: El primer paso en la fabricación de un plástico es
la polimerización. Como se comentaba anteriormente, los dos métodos
básicos de polimerización son las reacciones de condensación y las de
adición. Estos métodos pueden llevarse a cabo de varias maneras. En la
polimerización en masa se polimeriza sólo el monómero, por lo general
en una fase gaseosa o líquida, si bien se realizan también algunas
polimerizaciones en estado sólido. Mediante la polimerización en
disolución se forma una emulsión que se coagula seguidamente. En la
polimerización por interface los monómeros se disuelven en dos líquidos
inmiscibles y la polimerización tiene lugar en la interface entre los dos
líquidos.
1.1.3. Aditivos: Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguir
una propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el
polímero de degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono.
De una forma parecida, los estabilizadores lo protegen de la intemperie.
Los plastificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes
reducen la fricción y los pigmentos colorean los plásticos. Algunas
sustancias ignífugas y antiestáticas se utilizan también como aditivos.
Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que
implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de
vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materiales
compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por
lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, compuestas de
plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.
1.1.4. Forma y acabado: Las técnicas empleadas para conseguir la forma final
y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo,
temperatura y deformación. La naturaleza de muchos de estos procesos
es cíclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos o
semicontínuos. Una de las operaciones más comunes es la extrusión. Una
máquina de extrusión consiste en un aparato que bombea el plástico a
través de un molde con la forma deseada. Los productos extrusionados,
como por ejemplo los tubos, tienen una sección con forma regular. La
máquina de extrusión también realiza otras operaciones, como moldeo
por soplado o moldeo por inyección. Otros procesos utilizados son el
moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al plástico a adoptar
una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el que un pistón
introduce el plástico fundido a presión en un molde
1.2. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS
1.2.1. Densidad: el rango de densidades de los plásticos es relativamente bajo.
Una densidad tan baja permite que los plásticos sean materiales fáciles
de manejar y por otra parte, supone una gran ventaja en el diseño de
piezas en las que el peso es una limitación.
1.2.2. Conductividad térmica: su valor de los plásticos es sumamente
pequeño. La conductividad térmica de los plásticos son 2000 veces
menor que los metales, esto se debe a la ausencia de electrones libres en
el material plástico.
1.2.3. Conductividad eléctrica: igualmente los plásticos conducen mal la
corriente eléctrica, presentan resistencias muy elevadas, y por tanto, baja
conductividad eléctrica. Gracias a su elevada resistencia eléctrica los
polímeros se utilizan frecuentemente como aislantes eléctricos de
aparatos y conductores que funcionan con corrientes o la transportan.
1.2.4. Visco elasticidad: comportamiento mecánico enteramente dominado
por su carácter visco elástico. Presentan características de líquidos y de
sólidos.
1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS
1.3.1. Plasticidad: fenómeno que muestran ciertos materiales que se
comportan como solidos elásticos almacenando una cierta cantidad de
energía cuando son sometidos a esfuerzos menores, mientras con un
esfuerzo superior se deforman continuamente como un fluido.
1.3.2. la resistencia al impacto: por encima de la temperatura de transición
vítrea (Tg) son mucho más plásticos (menos frágiles), por lo que pueden
soportar mejor los golpes sin romperse.
1.3.3. La fatiga: ya que los polímeros pueden experimentar fallos en
condiciones de esfuerzos cíclico.
1.3.4. La resistencia a la torsión: es la energía requerida para torcer una
probeta normalizada y está relacionada con la resistencia a la tracción.
1.4. APLICACIONES DE LOS POLIMEROS
Se utilizan principalmente como elastómeros o materiales de sellado pero
tienen muchos otros usos. En principio se pueden destacar dos grandes
grupos: aplicaciones médicas y no médicas.
Así, diferentes siliconas se usan como prótesis, órganos artificiales,
reconstrucción facial, tubos y catéteres, piel artificial y lentes de
contacto.
Estas aplicaciones se basan en las propiedades mencionadas
anteriormente y depende de la forma en que se encuentre el polímero. En
estado casi líquido se emplea como fluidos dieléctricos, hidráulicos y
fluidos para transferencia de calor.
En forma de elastómeros se utilizan como gomas de altas prestaciones o
membranas flexibles. En forma de grasas o emulsiones semisólidas para
sellado por curación o como aislantes eléctricos.
En forma de resinas adhesivas se emplea como repelentes de agua,
agente anti-espumante, recubrimientos protectores en general.
Requerimiento de diseño Aplicaciones Plásticos
Resistencias mecánicasEngranes, levas, rodillos,
impulsores, pistones, aspas de ventilador.
Acetal, nylon, fenólicos, policarbonatos.
Funcional y decorativoManijas, perillas, carcazas de
cámaras y de baterías, molduras decorativas,
acoplamientos para tuberías.
ABS, acrílicos, celulósico, fenólicos, polietileno,
polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo.
Carcazas y formas huecas
Herramientas eléctricas, bombas, carcazas, cascos deportivos, aparatos de
teléfono.
ABS, celulósico, fenólicos, policarbonatos, polietileno, polipropileno, poliestireno.
Funcional y transparenteLentes, vidrios de seguridad, equipo de procesamiento de
alimentos, equipo de laboratorio.
Acrílicos, policarbonatos, poliestireno, polisulfonas.
Resistencia al desgasteEngranes, tiras y
recubrimientos contra el desgaste, cojinetes, bujes,
ruedas de patín.
Acetales, nylon, fenólicos, poliimidas, poliuretano.
2. LOS CERÁMICOS
2.1. OBTENCION:
Los cerámicos provienen principalmente del proceso de la arcilla, para ellos
el proceso de obtención es:
2.1.1. Extraccion : las canteras de arcilla, tambien llamado barreros, suelen
estar cerca de las fabricas que son explotaciones a cielo abierto y la
extraccion se realaiza por medios mecanicos. Es necesario quetar una
capa de materila no apto para la fabricacion de ladrillos.
2.1.2. Preparacion de pasta : la arcilla extraida en la catera haya que
convertiral en una masa adecuada para la opercacion demoldeo en forma
de ladrillos, tejas, tubos, bloques. Para proceder al moldeo tiene que
cumplio ciertas condiciones:
Depurado: indispensable que no contenga cal, sales solubles, que
puedan producir perturbaciones en posteriores tratamientos.
Estado de division: reduccion de pequeños fragmentos.
Homogeniedad de la pasta: las distintas clases de arcillas y
desengrasantes han de mezclase intimamente.
Cantidad de agua: elegiada según el metodo de moldeo.
2.1.3. Amasado y mezclado : consiste en conseguir una perfecta
homogenizacion de la meteria prima, es decir de las diversas arcillas que
se van a utilizar, de éstas con los desgrasantes se mezcaln con el agua.
Asi se usan deiversos tipos de maquinarias como: mezcladoras-
amasadoras, amazadoras dedoble eje, raspadores, laminadores, entre
otros
2.1.4. Moldeo: lo que se consigue con el moldeo es dar al producto una
configuracion. El moldeo tiene repercusion en los procesos subsiguintes
por los que debe cuidarse y controlar su correccion. Definimos distintos
tipos de moldeo:
Moldeo a mano: metodo rudimentario util para producciones a
pequeña escala, cuyo material presenta un aspecto rugoso.
Moldeo por extursion: consiste en empujar una masa de arcilla para
hacerla pasar por una boquilla formadora, para crear piezas que
tengan una seccion transversal constante.
Moldeo de prensa: cuando las piezas tiene relieves o superficies
curvas. Con el prensado, no se necesita pasar por el secado.
2.1.5. Secado: Las piezas recién moldeadas si se cocieran se romperian por lo
que hay que someterlas al proceso de secado. Consiste en la eliminacion
de la pasta de amasado, ata reducirla a un 5%. Se realiza de manera enta
y gradual, para evitar alabeos y resquebrajaminetos. Industrialmente se
utilizan camaras secaderos en donde pasa aire calinete procedente de los
hornos.
2.1.6. Coccion: cuando se cuecen las arcillas a latas tempreaturas, se producen
unas reacciones que provocan en el material una consisntecia pétrea y
una durabilidad que las hacen adecuadas para el fin que se las destina. La
temperatura en los hornos y el tipo, esta en funcion del producto final.
2.2. PROPIEDADES MECÁNICAS
2.2.1. Duros y frágiles: a temperatura ambiente debido a su enlace
iónico/covalente, este hecho supone una gran limitación en su número de
aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de
imperfecciones.
2.2.2. Deformable: a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se
permite el deslizamiento de bordes de grano
2.3. PROPIEDADES MAGNÉTICAS
2.3.1. Cerámicas ferromagnéticas: En estas cerámicas los diferentes iones
tienen momentos magnéticos distintos, esto conduce a que al aplicar un
campo magnético se produzca como resultado una imantación neta.
2.4. PROPIEDADES ELÉCTRICAS
2.4.1. Aislantes eléctricos: debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica
y baja constate dieléctrica.
2.4.2. Polarización: algunos de ellos presentan otras propiedades dieléctricas
como es la facilidad de polarizarse.
2.5. PROPIEDADES TÉRMICAS
La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades
térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes.
Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos
refractarios son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas
cerámicas y del vidrio.
2.6. APLICACIONES DE LOS CERAMICOS
Fabricación de productos de alfarería, debido a su dureza y
resistencia al calor.
Losetas térmicas (trasbordadores espaciales), por su baja
conductividad térmica.
Fabricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento,
azulejos, baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad
térmica y eléctrica.
Aislantes en aparatos electrónicos.
Materiales refractarios, por su punto de fusión tan elevado.
Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido
a su gran dureza. Ejemplos: alúmina fundida y carburo de silicio.
Vidrio.
Abrasivos, piezas de precisión, álabes de turbina.
Instrumentos de pantalla, electrodos baterías solares.
Imanes permanentes, elementos de memoria, componentes
magnéticos.
Prótesis (dientes y huesos), equipamiento químico, catalizadores,
electrolitos, sensores gases, fibras ópticas.
Revestimientos de reactores, refractarios (para hornos),
cambiadores de calor.
3. LOS CAUCHOS
3.1. OBTENCION:
El proceso para la obtención del caucho se origina con unas semillas
generalmente de Hevea. A los 8 años de edad se pueden empezar a explotar
los árboles; el proceso es denominado “sangría”, que consiste en hacerle
unos cortes en la corteza de los que emana el látex líquido. El látex líquido
cae en unos recipientes informes, donde se solidifica, para luego ser
recolectado.
Todo el cúmulo de látex sólido pasará por un proceso en el que será cortado
en pequeños trozos, y se le aplicará un tratamiento químico que los oscurece
(henna negra, con concentración de parafenilendiamina).
Se compacta en un cubiculo móvil, dando como resultado pacas de caucho
natural, listas para convertirse en parte fundamental de neumáticos, cámaras
y demases. Luego, para darle mayor dureza y durabilidad, el caucho natural
se vulcaniza. Se hace pasar el caucho entre rodillos para así hacerlo
maleable.
Luego, se agrega el óxido de zinc como agente activante, mientras se
continúa con la mezcla hasta lograr la homogeneización.
Luego se le agrega mercaptobenzotiazol como acelerante, y azufre como
vulcanizante, mientras se continúa con la mezcla en los rodillos. Se corta al
material y se vuelve a introducir al sistema para mejorar la
homogeneización. La mezcla homohogénea resultante se llamará mezcla
maestra.
Luego, se le agrega carbonato de calcio como carga a la mezcla. También se
le agrega, como otra opción en este proceso, caolín. Así se pueden obtener
dos diferentes productos de caucho. Se continúa con los cortes y el
mezclado, y al producto homogéneo resultante se le llama mezcla final. Con
un molino de caucho se obtienen láminas grandes de este material.
Luego, estas láminas se ponen en moldes a 150º y bajo la presión de 50 k
fuerza por centímetro cuadrado durante 20 minutos, la que proporciona las
condiciones necesarias para la reacción química efectiva.
Se recortan las rebabas de las láminas, las que luego sirven de base para la
construcción de los neumáticos/forros.
3.2. PROPIEDADES MECANICAS
3.2.1. Determinación de la dureza: En los elastómeros es una característica
fundamental y está relacionada con la elasticidad del material.
Usualmente y para un mismo caucho, a menor dureza más elasticidad y
viceversa.
3.2.2. Resistencia a la tracción : resulta un índice de calidad de los
elastómeros, pese a que usualmente no se diseñan para este trabajo.
3.2.3. Alargamiento a la rotura : se expresa en porcentaje. Debe tenerse en
cuanta que en el caso de los elastómeros la relación entre el esfuerzo y la
deformación no es constante, por tal razón en los ensayos se anotan los
esfuerzos para alargamientos intermedios
3.2.4. Resistencia al envejecimiento por calor en aire: determina la
degradación de un elastómero manteniéndolo durante un cierto número
de horas a una temperatura. Indica las variaciones halladas en resistencia
a la tracción, el alargamiento a la rotura y la dureza. Hay que tener en
cuenta que una goma puede ser afectada en horas, debido a una
temperatura elevada, y puede durar años a temperatura ambiente.
3.2.5. Deformación remanente por compresión: el caucho vulcanizado es
prácticamente incomprensible y su disminución en espesor es debida a su
expansión lateral, expansión lateral que está condicionada por la
posibilidad de deslizamiento entre las placas que ejercen la compresión;
siendo distinto su comportamiento en los casos en que dichas placas
están pegadas al elastómero.
3.2.6. Resistencia al aceite : un inconveniente de los artículos de caucho es la
variación dimensional (hinchazón o contracción) y de características
mecánicas que sufre tras un contacto prolongado con líquidos y a
temperatura elevada, contacto o inmersión que puede ser una situación
de trabajo.
3.2.7. Resiliencia: Mide la relación entre la energía restituida después de una
deformación y la energía total suministrada para producirla.
3.2.8. Histéresis: Mide la fracción de energía suministrada para la deformación
que es absorbida por el caucho y transformada en calor.
3.3. APLICACIONES DE LOS CAUCHOS
Neumáticos para coches y tubos, tacones y suelas de zapatos, juntas.
Como caucho natural.
Mangueras para aceites, gasolinas y reactivos químicos líquidos, juntas
herméticas y aros tónicos, tacones y suelas.
Alambres y cables, recubrimientos internos de tanques para productos
químicos; correas, mangueras, juntas y juntas herméticas.
Aislantes para baja temperatura, juntas herméticas, diafragmas, tubos
para usos alimentarios y médicos.
4. CONCLUSIÓNES
Lo que puedo concluir sobre este proyecto, es que durante la investigación para
poder realizar el trabajo de materiales cerámicos, me pude dar cuenta que estos
materiales son de suma importancia para nuestra vida cotidiana, ya los
materiales cerámicos son sólidos inorgánicos, no Metálicos producidos mediante
tratamiento térmico. Comparados con los metales y plásticos son duros, no
combustibles y no oxidable, también Pueden utilizarse en ambientes con
temperatura alta, corrosivos y tribológicos.
Lo que yo puedo concluir es que estos nuevos materiales, serán o son de suma
importancia para nosotros como seres humanos, ya que podrán sustituir a varios
materiales que ya conocemos, por otros que lo más probable es que sean más
duraderos, más resistentes, mucho más baratos y que no causen tanto daño al
ambiente. Como por ejemplo, tomando lo de bloques pasado seria las pilas de
combustión, las cuales a lo mejor sus precio será alto, pero no serán desechadas
ya, y no produciría contaminación, eso es lo que se debe buscar siempre, no solo
ver por nosotros mismo, si no por nuestro mundo.
También puedo decir que los materiales cerámicos son de suma importancia
conocer de ellos, por que como bien dice, son materiales del futuro los cuales
nos ayudaran en nuestra vida cotidiana de una forma más fácil, porque leyendo
un poco sobre información extra estos materiales son o pueden usados en
contracciones de casas, que es muy importante para nosotros.
Por otro lado, pienso que el desarrollo de la nanotecnología es de suma
importancia que siga aumentando, ya que si tenemos más avances, tendremos
más materiales y al haber más materiales podremos ayudar al mundo y a notos
para que no allá tanto desgaste y creo que no se desarrolla rápidamente aquí en
México porque no se brindan los suficientes espacios para estas nuevas carreras,
y los nuevos técnicos cuando son realmente buenos, se van a países
desarrollados para poder seguir creciendo ellos.
Destacamos el uso del caucho vulcanizado, usado en su mayoría en la industria
automotriz, tanto para neumáticos como para recubrimientos.
El uso del caucho en la industria también es frecuente gracias a que es repelente
al agua, aislante de la temperatura y de la electricidad.
El caucho se destaca por su enorme elasticidad, la resistencia al estiramiento y
su capacidad para conservar la flexibilidad incluso en condiciones de
temperaturas extremas.
El caucho es un auténtico producto milagro que nunca se ha podido reproducir
de manera artificial, a pesar de todos los esfuerzos realizados en este sentido.
5. ANEXOS
a) Obtención de los cerámicos
b) Cerámicos
c) Materia prima del caucho
d) Obtención del caucho
e) Polímeros comunes
f) Uso del caucho
g) Uso de los cerámicos
6. REFERENCIAS ELECTRÓNICAS
http://recursos.salonesvirtuales.com/wp-content/uploads/bloques/2012/06/
Propiedades-de-los-metales.pdf
http://www.aulatecnologia.com/ESO/TERCERO/teoria/MEtales.pdf
http://iq.ua.es/TPO/Tema1.pdf
http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema5_CM.pdf
http://www.clustermadeira.com/pdf/4_propiedades_madera.pdf
http://roble.pntic.mec.es/jprp0006/tecnologia/1eso_recursos/
unidad06_la_madera/teoria/teoria2.htm
https://cerclesbd.wordpress.com/2007/09/14/ii-cauchos-propiedades-y-
aplicaciones/
http://co.kalipedia.com/tecnologia/tema/tecnicas-basicas-obtencion- plasticos.html?x=20070822klpingtcn_42.Kes
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Callister, W. D. (2007). Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales 2. Barcelona, España: Editorial Reverté.
Schmid, S. R. (2002). Manufactura, ingeniería y tecnología, Cuarta edición . México: Pearson Educacion.