UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCA

UNIDAD 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 esta

estructurados los diferentes materiales como están definidos, sus

descripciones generales sus tipos su clasificación por su estructura

interna 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 ACABADO

12. REDUCCION DIRECTA

12.1 DESECHOS SOLIDOS

12.2 DESECHOS LIQUIDOS

12.3 REDUCCION DE LOS DESECHOS

13. SELECCIÓN DEL SITIO

13.1 PROCESOS DE FABRICACION

14. OBJETIVO

15. 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 la

omnipresencia en nuestras vidas, y porque reúne a todas las principales disciplinas de las

ciencias físicas y se aplica a los problemas prácticos con los que nos enfrentamos. Sea

intentado traer a los elementos de la química, la física, las matemáticas, la ingeniería y el

uso de computadoras. Sea incorporado materiales que representan todas las principales

clases de materiales: metales, cerámica y plásticos.

El núcleo del módulo es el trabajo de laboratorio. Aquí hemos tratado de mantener las

cosas tal como son. El objetivo es que se pueda obtener un conocido método científico, con

prácticas de laboratorio, con la física y los datos de observación y el análisis, y para

conseguir una sensación para las diferencias fundamentales entre las distintas clases de

materiales.

La ciencia de los materiales implica la preparación y caracterización de los materiales para

asegurarse de que tienen las propiedades necesarias para una aplicación particular.

Podemos incluir clases de materiales plásticos, vidrio, cerámica, metales y

semiconductores. Propiedades de los materiales y como incluye en su comportamiento

mecánico, eléctrico, óptico y magnético características térmicas, estabilidad química y

otras propiedades físicas como la densidad y estructura de grano.

Se trata de introducir a la preparación y caracterización de un metal (estaño), un

recipiente 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 la

materia prima, en el caso del estaño, o por un producto químico para el proceso de curado

de resinas de poliéster y anclaje de cemento. Después de la preparación de las muestras de

prueba, podamos examinar sus características físicas y ópticas, determinar una relación

eléctrica 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 de construcción utilizados en el procesamiento de los materiales y adhesivos. Las materias primas son de relleno, los minerales, los gases, y aditivos químicos especializados. 2.4 Compuestos, los textiles y refuerzos Compuestos, incluye refuerzos textiles y acabados de materiales compuestos, así como los 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 especializado para electricidad, óptica y aplicaciones especiales. 2.6. Aceites y fluidos industriales. Fluidos para la transferencia de calor, lubricación, transmisión de potencia o aplicaciones 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 optimización

5. 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 y materiales artificiales, dependiendo de que se encuentren directamente en el medio natural o sean el resultado de algún proceso de fabricación. Por ejemplo, el granito es un material 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 MATERIALES

Los materiales se diferencian entre sí por sus propiedades. Estas propiedades pueden agruparse de maneras diferentes. No obstante, desde el punto de vista técnico resulta útil la siguiente clasificación:

6.1.Propiedades sensorialesSon aquellas propiedades que, como el color, el brillo o la textura, están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.

6.2 .Las propiedades fisicoquímicasSon aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas, tales como el calentamiento, las deformaciones o el ataque de productos químicos.

Por ejemplo, la conductividad térmica de un material está relacionada con la mayor o menor dificultad que tiene el material para conducir el calor; la dilatación térmica indica el aumento de volumen que experimenta un material cuando se calienta; la transparencia es la facilidad con la que un material permite que lo atraviese la luz; la conductividad eléctrica indica si un material es buen o mal conductor de la corriente eléctrica, etc.

6.3. Propiedades tecnológicasSon aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material durante la fabricación.

La fusibilidad, por ejemplo, es la mayor o la menor facilidad que tienen los materiales para fundir; la plasticidad es la facilidad que tienen los materiales para cambiar de forma sin romperse ni agrietarse, la ductilidad es la capacidad de algunos materiales para extenderse en hilos, la maleabilidad es la capacidad que tienen algunos materiales para extenderse en láminas delgadas, etc.

6.4. Propiedades ecológicasSon aquellas propiedades relacionadas con la mayor o menor nocividad del material para el medio ambiente: toxicidad, volatilidad, facilidad de reciclado, etc.

7. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES RESISTENTES

Entre otras propiedades, los materiales con los que se construyen las estructuras se eligen teniendo en cuenta su dureza, su tenacidad, su flexibilidad su elasticidad.

Estas propiedades, que nos informan acerca de cómo se comporta un material ante distintas 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 madera mientras que la madera no puede cortar, ni rayar, al acero.

7.2. TenacidadEs la resistencia que presenta un material a romperse cuando se golpea. Los materiales que, como el hierro, resisten los golpes sin romperse se llaman materiales tenaces. Por el contrario, los materiales que, como la porcelana, se rompen cuando se golpean se llaman materiales frágiles.

7.3. FlexibilidadEs la capacidad que tiene un material de poderse doblar sin romperse. El papel y la tela, por ejemplo, son materiales flexibles. Por el contrario, el barro cocido y el vidrio 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 materiales elásticos. Por el contrario, los materiales que, como la plastilina, no recuperan su forma por 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 que podemos clasificar de diferentes formas; por ejemplo, por su origen. Sin embargo, el criterio más adecuado para clasificar materiales es por sus propiedades.

Otros materiales

Aglomerado También son materiales compuestos el aglomerado y el contrachapado, que usaremos en el taller. Se fabrican a partir de láminas (contrachapado) o restos de madera (aglomerado) con cola. Aleaciones

Normalmente, los materiales metálicos no se utilizan en estado puro, sino formando aleaciones. Una aleación está compuesta de dos o más elementos, siendo al menos uno metálico. 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 propiedades

A lo largo de esta unidad estudiaremos en detalle las propiedades de los materiales. Según estas 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

Madera Muebles. Estructuras. Embarcaciones.

No conduce el calor ni la electricidad. Fácil de trabajar.

Pino. Roble. Haya.

A partir de árboles.

Metal Clips. Cuchillas. Cubiertos. Estructuras.

Buen conductor del calor y la electricidad. Dúctil y maleable.

Acero. Cobre. Estaño. Aluminio.

A partir de determinados minerales.

Plástico

Bolígrafos. Carcasas de electrodomésticos. Envases.

Ligero. Mal conductor del calor y la electricidad.

PVC. PET. Porexpán (corcho blanco). Metacrilato.

Mediante procesos químicos, a partir del petróleo.

Pétreos Encimeras. Fachadas y suelo de edificios.

Pesados y resistentes. Difíciles de trabajar. Buenos aislantes del calor y la electricidad.

Mármol. Granito.

Se obtienen de las rocas, en canteras.

Cerámica y vidrio

Vajillas. Ladrillos, tejas. Ventanas, puertas. Cristales.

Duro. Frágil. Transparente (solo vidrio).

Loza. Porcelana. Vidrio.

Cerámica: a partir de arcillas y arenas por moldeado y cocción. Vidrio: se obtiene mezclando y tratando arena, caliza y sosa.

Textiles Ropa. Toldos. Flexibles y resistentes. Fáciles de trabajar.

Algodón. Lana. Nailon.

Se hilan y tejen fibras de origen vegetal, animal o sintético.

Propiedades de los materiales

¿Por qué utilizamos diferentes materiales? Porque tienen distintas propiedades. Así, hay materiales capaces de soportar cargas pesadas (pensemos en los puentes construidos con hormigón o acero); otros son elásticos, por lo que pueden deformarse sin romperse: es el caso 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 esfuerzos

Imaginemos que situamos tres cargas iguales sobre tres láminas de distintos materiales, tal y como se aprecia en los siguientes dibujos:

Láminas de goma

Una lámina de goma se deforma cuando situamos encima la carga. Pero cuando retiramos la carga, la lámina recupera su forma original.

Láminas de chapa de acero

Una 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 madera

Una 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, aunque puede 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 soportar antes de romperse. Los materiales más resistentes como, por ejemplo, el hormigón o el acero, pueden soportar cargas más elevadas sin romperse.

Por el contrario, el material más resistente de los tres analizados es el acero, pues su lámina soporta la carga sin romperse (aunque se deforma ligeramente). La goma, aunque no 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 rompen con facilidad: son materiales frágiles.

Viaducto elaborado con hormigón, un material bastante resistente

Comportamiento de los materiales frente a la electricidad

Enchufe

Si observamos un cable, vemos que está formado por dos tipos de materiales: un metal en el interior (el hilo conductor) y un plástico en la parte externa (la cubierta aislante). ¿Por qué 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, mientras que los plásticos son, en general, malos conductores de la electricidad

Otras propiedades de los materiales

Magnetismo

Hay otras propiedades que caracterizan a los materiales y que justifican su uso en determinadas aplicaciones. El vidrio y algunos plásticos, por ejemplo, son transparentes; los plásticos son impermeables, etc. O las propiedades magnéticas de algunos metales se aprovechan para separarlos.

10. Clasificación de los materiales

Ejemplo de la estructura de un polímero, el polietileno.

La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes:

Metales Cerámicos Polímeros

10.1. METALES Para otros usos de este término, véase Metal (desambiguación)

Metal se usa para denominar a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calory la electricidad poseen alta densidad y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores. Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde la prehistoria. Al principio, sólo se usaron los que se encontraban fácilmente en estado puro (en forma de elementos nativos), pero paulatinamente se fue desarrollando la tecnología necesaria para obtener nuevos metales a partir de sus menas, calentándolos en un horno mediante carbón de madera.

El primer gran avance se produjo con el descubrimiento del bronce, fruto de la utilización de mineral de cobre con incursiones de estaño, entre 3500 a. C. y 2000 a. C., en diferentes regiones del planeta, surgiendo la denominada Edad del Bronce, que sucede a la Edad de Piedra.

Otro hecho importante en la historia fue la utilización del hierro, hacia 1400 a. C. Los hititas fueron uno de los primeros pueblos en utilizarlo para elaborar armas, tales como espadas, y las civilizaciones que todavía estaban en la Edad del Bronce, como los egipcios o los aqueos, pagaron caro su atraso tecnológico.

No obstante, en la antigüedad no se sabía alcanzar la temperatura necesaria para fundir el 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 permiten alcanzar la temperatura de fusión del hierro, unos 1.535 °C.

Henry Bessemer descubrió un modo de producir acero en grandes cantidades con un coste razonable. Tras numerosos intentos fallidos, dio con un nuevo diseño de horno y, a partir de entonces, mejoró la construcción de estructuras en edificios y puentes, pasando el hierro a un segundo plano.

Poco después se utilizó el aluminio y el magnesio, que permitieron desarrollar aleaciones mucho más ligeras y resistentes, muy utilizadas en aviación, transporte terrestre y herramientas portátiles.

El titanio, es el último de los metales abundantes y estables con los que se está trabajando y 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 un sistema denominado tabla periódica. La mayoría de los elementos de esta tabla son metales.

Los metales se diferencian del resto de elementos, fundamentalmente en el tipo de enlace que constituyen sus átomos. Se trata de un enlace metálico y en él los electrones forman una «nube» que se mueve, rodeando todos los núcleos. Este tipo de enlace es el que les confiere las propiedades de conducción eléctrica, brillo, etc.

. 10.2Cerámica técnica

Para otros usos de este término, véase Cerámica (desambiguación).

La cerámica técnica es la rama de la cerámica que se ocupa de la utilización de materiales cerámicos en aplicaciones tecnológicas. La palabra cerámica deriva del vocablo griegoqueramos, cuya raíz sánscrita significa "quemar". En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos que se forman por acción del calor Hasta los años 1950, los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos, azulejos y similares, junto con el cemento y el vidrio. El arte tradicional de 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 la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales. Esto también se ha buscado incorporándolas a materiales compuestos como es el caso de los cermets, que combinan materiales metálicos y cerámicos.

Propiedades mecánicas de la cerámica

Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

El módulo de elasticidad alcanza valores bastante altos del orden de 311 Gap en el caso del 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 la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de deslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de forma muy lenta. Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa es la principal causa de la deformación plástica, y también es muy lenta. Aun así, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cerámicos.

Tienen elevada resistencia a la compresión si la comparamos con los metales incluso a temperaturas altas (hasta 1.500 °C). Bajo cargas de compresión las grietas incipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas de tracción o cizalla dura las grietas tienden a separarse, dando lugar a la fractura.

Los valores de tenacidad de fractura en los materiales cerámicos son muy bajos (apenas sobrepasan el valor de 1 MPa.m1/2), valores que pueden ser aumentados considerablemente mediante métodos como el reforzamiento mediante fibras o la transformación de fase en circonio.

Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades mecánicas a altas temperaturas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.

Algunos materiales cerámicos pueden soportar temperaturas extremadamente altas sin perder su solidez. Son los denominados materiales refractarios. Generalmente tienen baja conductividad térmica por lo que son empleados como aislantes. Por ejemplo, partes de los cohetes espaciales son construidos de azulejos cerámicos que protegen la nave de las altas temperaturas causadas durante la entrada a la atmósfera.

Por lo general los materiales cerámicos presentan un buen comportamiento a alta temperatura mientras que pueden sufrir roturas por choque térmico a temperaturas inferiores.

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 en donde se licúan parcialmente. Por ejemplo, los ladrillos refractarios de dióxido de silicio (SiO2), usados para recubrir hornos de fundición de acero, trabajan a temperaturas superiores a 1650 °C (3000 °F), cuando algunos de los ladrillos comienzan a licuarse. Diseñados para esa función, una situación sin sobresaltos requiere un control responsable sobre todos los aspectos de la construcción y uso.

Forja metálica en la marquesina del actual Ayuntamiento de Madrid, antiguo Palacio de Comunicaciones.

El concepto de metal refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y el bronce. Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más difícil que los ganen.

10.2. Polímero

El poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva conocida como estireno.

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

Un polímero no es más que una sustancia formada por una cantidad finita de moléculas que le confieren un alto peso molecular que es una característica representativa de esta familia de compuestos orgánicos. Posteriormente observaremos las reacciones que dan lugar a esta serie de sustancias, no dejando de lado que las reacciones que se llevan a cabo en la polimerización son aquellas que son fundamentales para la obtención de cualquier compuesto orgánico. El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita.

Polimerización

La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para 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 de parámetros como la temperatura o el tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, una masa molecular distinta, de ahí que se hable de masa promedio del polímero.

Tipos de polimerización

Existen 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 de la masa molecular del monómero. Los polímeros de condensación se dividen en dos grupos:

Los Homopolímeros.

Poli etilenglicol Siliconas

Los 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--NH2

Si 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 la masa 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 presentar entrecruzamientos). También pueden adoptar otras estructuras, por ejemplo radiales.

Por otra parte, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena de monómeros, o bien esta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o menor tamaño. También se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace entre átomos 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 cada polímero. Por ejemplo, si un polímero presenta entrecruzamiento, el material será más difícil de fundir que si no presentara ninguno.

Los enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso dependiendo del 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 llama tactilidad. Las propiedades de un polímero pueden verse modificadas severamente dependiendo de su estereoquímica.

En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero 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 de monómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros.

11. Impactos ambientales

11.1 Fabricación de hierro y acero

La fabricación de hierro y acero implica una serie de procesos complejos, mediante los cuales, el mineral de hierro se extrae para producir productos de acero, empleando coque y 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 completamente separados. En muchos países en desarrollo, es fabricado el acero de chatarra, en un horno de arco eléctrico. Por eso, los pasos (a) a (c), posiblemente no siempre sean aplicables a todos los proyectos de fabricación de acero. Una forma alternativa para producir el acero es la de la reducción directa, utilizando gas natural e hidrógeno. El producto de este proceso, hierro esponjoso, se convierte en acerco en un horno de arco eléctrico; luego se funden los lingotes, y para esto se producen los productos no planos con una o dos laminadoras. Son las llamadas "mini fabricas".Impactos ambientales potenciales

La industria de acero es una de las mas importantes en los países desarrollados y los que están en vías de desarrollo. En los últimos, esta industria, a menudo, constituye la piedra angular de todo el sector industrial. Su impacto económico tiene gran importancia, como fuente de trabajo, y como proveedor de los productos básicos requeridos por muchas otras industrias: construcción, maquinaria y equipos, y fabricación de vehículos de transporte y ferrocarriles. Durante la fabricación de hierro y acero se producen grandes cantidades de aguas servidas y emisiones atmosféricas. Si no es manejada adecuadamente, puede causar mucha degradación de la tierra, del agua y del aire. En los siguientes párrafos, se presenta una descripción breve de los desperdicios generadas por los procesos de fabricación de hierro y acero.

11.2 Producción de coque y recuperación de subproductos

El coque es producido por el calentamiento de carbón bituminoso, que expulsa los componentes volátiles. El coque es empleado como agente de reducción, en los hornos altos que producen hierro, para extraer el metal del mineral; durante este proceso, cierta cantidad de carbón se disuelve en el hierro líquido. El proceso de formación del coque o coquificación, despide grandes cantidades de gas conteniendo monóxido de carbono; esto facilita la producción de toda una serie de químicos: alquitrán mineral, aceites livianos crudos (conteniendo benceno, tolueno, xileno), amoniaco, naftaleno, y cantidades importantes de vapor. La mayoría de estas substancias pueden ser recuperadas y refinadas como productos químicos; el resto del gas del horno de “coquificación” se emplea internamente en los diferentes procesos y hornos para calefacción, y su excedente de gas puede ser utilizado para generar energía eléctrica, o como materia prima para la producción de químicos.

La producción de coque produce grandes cantidades de aguas servidas que contienen amoníaco y otros componentes liberados durante el proceso de coquificación. Esta agua contiene concentraciones potencialmente tóxicas de fenoles, cianuro, ti cianato, amoníaco; sulfuro y cloruro. La producción de coque emite humo visible, polvo de coque, y la mayoría de las substancias volátiles mencionadas anteriormente.

11.3 Preparación del mineral

Los minerales que contienen hierro (hemetita, magnetita) se trituran, se clasifican y se aglomeran, mediante sintonización, para formar pelotillas, nódulos o briquetas, a fin de tener el mineral concentrado y reacondicionado para alimentarlo a los hornos altos. La preparación del mineral puede generar grandes cantidades de desechos producir emisiones de polvo y dióxido de azufre.

11.4 Producción de hierro

El hierro es producido en el alto horno mediante la conversión de los minerales en hierro líquido, a través de su reducción con coque; se separan con piedra caliza, los componentes indeseables, como fósforo, azufre, y manganeso. Los gases de los altos hornos son fuentes importantes de partículas y contienen monóxido de carbono. La escoria del alto horno es formada al reaccionar la piedra caliza con los otros componentes y los silicatos que contienen los minerales. Se enfría la escoria en agua, y esto puede producir monóxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Los desechos líquidos de la producción de hierro, se originan en el lavado de gases de escape y enfriamiento de la escoria. A menudo, estas aguas servidas poseen altas concentraciones de sólidos suspendidos y pueden contener una amplia gama de compuestos orgánicos, amoníaco, compuestos de arsénico y sulfuros.

11.5 Producción de acero

El hierro producido en los altos hornos es refinado mediante el proceso de fabricación de acero, 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 hogar abierto, pero en las plantas nuevas el método favorito es el del horno básico de oxígeno; se emplea 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 acabado

El paso final de la producción de acero convierte los lingotes de acero en los productos finales deseados. Los lingotes se laminan y forman placas, alambres, planchas, barras, tubos y varillas. Durante la laminación, se emplean grandes cantidades de aceite hidráulico y lubricante. Además, los bajos químicos (para eliminar los óxidos) y la limpieza del producto final para remover el aceite y grasa, pueden generar volúmenes significativos de desechos líquidos ácidos, alcalinos y de solventes. En las plantas modernas, se omite, a menudo, el paso de la fundición de lingotes y se utiliza hierro líquido, directamente, en un proceso de fundición y laminación continúa.

12. Reducción directa: Mini fábricas de acero

La mini fábrica está formada por un horno de reducción directa y un horno de arco eléctrico y fundición continua de lingotes. Es aquí donde se reduce el mineral de hierro utilizando gas natural (o productos de petróleo), el mismo que se convierte, en un horno de reformación, en un gas que contiene hidrógeno. El hierro esponjoso que se produce en el proceso 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 hierro esponjoso. Al omitir el proceso de coquificación y utilizar minerales de alta calidad, hace que este proceso alternativo produzca menos contaminación que el proceso convencional de alto horno; sin embargo, pueden haber emisiones significativas de polvo y monóxido de carbono.

12.1 Desechos sólidos

Las fábricas de hierro y acero producen grandes cantidades de desechos sólidos, como escoria de horno alto, que puede ser utilizada para producir ciertos tipos de cemento, si se granula correctamente. La escoria básica, otro desecho sólido, se emplea como fertilizante, y se produce al utilizar los minerales de hierro que poseen un alto contenido de fósforo.

La recolección de polvo en las plantas de coque, sintonización y en el alto horno, produce desechos 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 de asentamiento, ciclones de polvo, precipitaderos electroestáticos y áreas de almacenamiento de las materias primas. Hay que identificar en el plan del proyecto, las medidas apropiadas de eliminación definitiva de desechos sólidos, y éstas deben ser evaluadas completamente durante los estudios de factibilidad del proyecto. Se debe investigar la facilidad con que se puede lixiviar estos desechos; los depósitos de desperdicios sólidos deben ser forrados y monitoreados continuamente, a fin de prevenir la contaminación de las aguas freáticas. (Ver el capítulo: "Manejo de peligros industriales")

12.2Desechos líquidos

Los 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 subproductos que se recuperan son peligrosos o carcinogénicos, y se debe tomar las medidas adecuadas para recolectar, almacenar y despachar estos productos. Es necesario monitorear las fugas de líquidos y gases.

12,3Reducción de los desechos

Si no se toman las medidas apropiadas, la contaminación atmosférica puede convertirse en un problema muy serio. Será necesario, durante la etapa de diseño, estudiar formas de reducir la contaminación atmosférica, mediante el uso de equipos especiales que eliminaran el polvo seco, para separar los gases y recuperar los químicos valiosos, y remover los contaminantes tóxicos y recolectar los gases que contienen monóxido de carbono e hidrógeno, a fin de utilizarlos como combustibles secundarios en la planta, o para producir otros químicos (p.ej., metanol y amoníaco). Estas medidas pueden reducir la contaminación atmosférica y aumentar la eficiencia energética. Los químicos que causan contaminación atmosférica son: dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, benceno, tolueno, xileno, naftaleno, fenoles, benzopireno, cianuro, sulfuro de hidrógeno, y los compuestos de plomo y cinc.

Se emplean grandes cantidades de agua en la fabricación de hierro y acero. Es necesario contar con sistemas de tratamiento de aguas servidas para todos los procesos de fabricación de hierro y acero, y se debe estudiar la forma de reciclar el agua servida y tratada. Debido al alto contenido de sólidos de las aguas negras que se emplean para lavar los gases, es necesario incluir amplias instalaciones de coagulación y asentamiento.

Alternativas del proyecto

13. Selección del sitio

Se analizan los temas generales que han de ser tomados en cuenta en la selección del sitio para una planta industrial, en el capítulo: "Ubicación de plantas y desarrollo de parques industriales." La naturaleza de la producción de hierro y acero es tal que los impactos

sobre el medio ambiente causados por su producción, almacenamiento y transporte merecen especial atención al evaluar los sitios alternativos. Si se da insuficiente atención a los problemas de emisiones y efluentes durante la etapa de planificación, el impacto sobre el medio ambiente puede ser substancial. Es inapropiado utilizar aguas de recepción cuya calidad 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, y los productos finales fuera de éste. Se debe evitar la ubicación de las plantas industriales cerca de las áreas residenciales, especialmente si son densamente pobladas, debido a las molestias causadas por el polvo y el ruido. La producción de hiero y acero requiere de mucho espacio; por eso, al seleccionar el sitio se debe tomar esto en cuenta. Además, hay que tratar de dejar espacio para instalaciones adicionales que se requerirán en el futuro.

13.1 Procesos de fabricación

Si bien existen muchas alternativas para la planificación e implementaci6n de los proyectos, generalmente, el proceso de fabricación de hierro y acero que se utiliza depende de las materias primas que están disponibles, y sus propiedades minerales, químicas y físicas pueden variar grandemente; de las materias primas utilizadas para el proceso de reducción en el horno alto (p.ej., coque con la inyección adicional de gas natural, aceite, o polvo de carbón); y de los combustibles utilizados en los hornos, calderas y centrales térmicas. La naturaleza de los productos finales también afecta el diseño de la planta. Una mini fábrica de acero que hace reducción directa del mineral y emplea un horno eléctrico basado en gas natural y electricidad, causará un impacto ambiental mucho menor. Los diseños recientes de plantas integradas de hierro y acero demuestran una tendencia hacia los procesos continuos que utilizan menos enfriamiento y calentamiento en las interfaces algo que es importante para ahorrar energía y causan menos contaminación atmosférica e hídrica.

Existe una amplia selección de procesos y equipos para controlar la contaminación. El mejor método de control y el equipo idóneo, dependerán del volumen y composición de los contaminantes que deben ser recuperados o descargados al medio ambiente.

14. Conclusiones al termino de esta investigación

Es sin duda impresionante la manera en la que han evolucionado los materiales y lo importante que es conocer sus propiedades no tan solo físicas o mecánicas sino también a otro nivel como bien podría ser a nivel atómico ya que de esto depende en buena parte el comprender como habrá de comportarse un material en ciertas condiciones y de esa manera conjeturar algunas características como su dureza o su resistencia a algunos esfuerzos, la verdad este curso de Materiales ha resultado de mucho provecho para cada uno de nosotros hemos aprendido como conocer a los materiales por sus propiedades así como por su tipo, sus estructuras internas y externasconocimiento provechoso

15. BIBILOGRAFIA

www.estructurascristalinas.comhttp://www.cmpl.ipn.mx/Area_Tecnica/Glosario.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Material_de_construcci%C3%B3n

http://www.slideshare.net/ignameco/materiales-de-construccin-230573

http://www.slideshare.net/alebruno/clasificacion-de-los-materiales-presentation

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia_de_materiales