jueves, 30 de diciembre de 2010

MATERIALES

MATERIALES DE USO TÉCNICO

Si miras a tu alrededor, puedes ver muchos productos tecnológicos que, como ya  sabes, el ser humano ha creado para satisfacer sus necesidades y mejorar su calidad de  vida: prendas de vestir, aparatos electrodomésticos, medios de transporte, casas…
Como estos productos forman parte de nuestra vida cotidiana, en ocasiones no nos  detenemos en observar qué materiales se han utilizado para su fabricación viendo así  que en un mismo objeto intervienen a la vez diversos tipos de materiales. (madera,  plástico, vidrio, metal,…)

Conocer las propiedades de estos materiales nos permitirá elegir los más apropiados  para fabricar cada producto… ¿utilizarías hierro para hacer la carrocería del coche de  Fernando Alonso?

3.1.- MATERIAS PRIMAS, MATERIALES Y PRODUCTOS.

Como ya sabes, el mármol, al igual que otras rocas, se extrae de las canteras, la lana  se obtiene de las ovejas, los metales de diversos minerales, y el cocho, de la corteza del  alcornoque.  El mármol, la lana, los minerales,...son MATERIAS PRIMAS.

Las MATERIAS PRIMAS o primeras, son las sustancias que encontramos  directamente de la naturaleza.
Según su origen las materias primas se pueden clasificar en tres grupos :

Materias primas animales : lana, seda, pieles.
Materias primas vegetales : madera, corcho, algodón, lino...
Materias primas minerales : arena, granito, mármol...

Una vez extraídas las materias primas, se transforman mediante distintos procesos, en los  distintos tipos de materiales que se utilizan para fabricar productos ( planchas de madera,  vidrio, plástico,...)
Los MATERIALES se obtienen a partir de las materias primas mediante procesos  industriales y sirven para fabricar productos.

Un PRODUCTO es cualquier objeto creado y diseñado por el hombre a partir de  materiales para cubrir sus necesidades o mejorar su vida.  Por lo tanto, los productos se fabrican a partir de distintos materiales y los materiales se  obtienen a través de las materias primas, como vemos en el ejemplo:

MATERIA PRIMAMATERIALPRODUCTO
Tronco de árbolTablero de maderamesa

3.2.- CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE USO TÉCNICO.

Los materiales más utilizados para elaborar los productos tecnológicos son:

MATERIALES CERÁMICOS (cuyo origen es la arcilla o barro cocido)

MATERIALES PÉTREOS (rocas como el mármol, el vidrio, el yeso, la pizarra,...)

MATERIALES TEXTILES (encontramos tejidos naturales, como la lana o el algodón, y  artificiales, como el nylon y la lycra)

MADERA (se obtiene del tronco de los árboles)

LOS METALES ( Se obtienen de los minerales que forman algunas rocas)
- Férricos (hierro, acero y fundición)
- No férricos (cobre, bronce, aluminio,...)

PLÁSTICOS (en su origen se obtenían de sustancias naturales mientras que en la
actualidad son subproductos del petróleo)

3.3.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Las PROPIEDADES de un material son el conjunto de características que hacen que se  comporte de una determinada manera ante fenómenos externos como la luz, el calor,  fuerzas, electricidad...
Las propiedades de los materiales se clasifican en:

PROPIEDADES FÍSICAS

DENSIDAD.- La densidad es la relación entre la masa de un material y su volumen.  La densidad de los plásticos es bastante baja mientras que la densidad del acero es elevada.

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA.- Es la capacidad de los materiales de permitir o no el  paso de la corriente eléctrica. Hay dos tipos de materiales: aislantes eléctricos (no permiten  el paso de corriente, como el plástico o la madera) y conductores eléctricos (si lo permiten,  como los metales).

CONDUCTIVIDAD ACÚSTICA.- Es la capacidad de un material para conducir o no el  sonido. Algunos plásticos, la fibra de vidrio y el corcho son aislantes del sonido. Los metales,  en cambio, son buenos conductores del sonido.

PROPRIEDADES TÉRMICAS.- Existen tres propiedades relacionadas con la  temperatura exterior: la conductividad térmica, la dilatación y la fusión.

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.- Capacidad de un material para transmitir o no  el calor. Los metales son buenos conductores térmicos, mientras que la madera y los  materiales plásticos son aislantes térmicos.

DILATACIÓN/CONTRACCIÓN.- Es la propiedad que tienen ciertos materiales  de aumentar o disminuir su volumen con la temperatura. Cuando la temperatura se  eleva, el material aumenta su volumen y cuando la temperatura disminuye reduce su  volumen. Por ejemplo los metales.

FUSIBILIDAD.- Algunos materiales pueden pasar del estado sólido al líquido  al elevar la temperatura, como los metales; cuando estos materiales se funden pueden  unirse consigo mismos o con otro material; esta unión se llama soldadura.

PROPRIEDADES ÓPTICAS.- Según el comportamiento de los materiales ante la luz, nos  encontramos con tres tipos de materiales: transparentes (dejan pasar totalmente la luz),  translúcidos (dejan pasar parte de la luz) y opacos (no dejan pasar la luz).

POROSIDAD.- Es la capacidad de ciertos materiales (que tienen poros) de absorber  líquidos (ej. la arcilla y la madera son materiales porosos). Los materiales que permiten el paso de líquidos a través de ellos son materiales  permeables (ej. el lino)

PROPIEDADES MECÁNICAS.-

DUREZA.- Es la resistencia de un material a ser rayado. Según la escala de Mohs, el  material más duro es el diamante y el más blando el talco.

TENACIDAD/FRAGILIDAD.- La tenacidad es la resistencia de un material a  romperse cuando es golpeado ( ej. el metal). La fragilidad es la propiedad contraria (ej. el  vidrio).

MALEABILIDAD.- capacidad de un material para deformarse en forma de láminas  (ej.- alumnio)

DUCTILIDAD.- capacidad de un material para deformarse en forma de hilos (ej.-  cobre)

ELASTICIDAD/PLASTICIDAD.- La elasticidad es la capacidad de un material de  recuperar su forma original cuando cesa la fuerza que lo deforma (ej. algunos plásticos como  el caucho son elásticos). La plasticidad es la capacidad de un material de adquirir  deformaciones permanentes (ej. la arcilla).

RESISTENCIA MECÁNICA.- Es la resistencia a la rotura que presenta un cuerpo ante  fuerzas externas.

PROPRIEDADES QUÍMICAS

OXIDACIÓN Y CORROSIÓN.- Es la propiedad que ciertos materiales sufren cuando  están en contacto con el oxígeno del aire o del agua. Los metales son muy sensibles a la  oxidación y a la corrosión.

3.4.- LA MADERA.

3.4.1. OBTENCIÓN DE LA MADERA

La madera es una materia prima de origen vegetal que se obtiene de las partes leñosas de  los troncos de los árboles.
Está formada principalmente por dos elementos : la CELULOSA (que forma el  esqueleto de los vegetales) y la LIGNINA (que le proporciona rigidez y dureza). Además, la  madera, contiene otras sustancias como el almidón, la resina, aceites, alcanfor,...que se  pueden aprovechar industrialmente.

Si observamos un tronco transversalmente podemos ver en él las siguientes partes:

o La corteza : capa exterior del árbol que lo protege de agentes atmosféricos y otras  agresiones externas (animales, insectos,…)
o El cambium : es una capa formada por células recientes de madera y de corteza que  hacen que el árbol aumente su tamaño.
o La albura : madera joven, es la madera en formación del último año, esponjosa y  tierna.
o El duramen.- madera completamente formada
o La médula.- parte central del tronco, frágil y oscura.

PROPIEDADES DE LA MADERA

Entre las propiedades de la madera vamos a destacar:
o La densidad de la madera es menor que la del agua. Por ello flota en el agua.
o La madera seca es un buen aislante eléctrico.
o Es un buen aislante térmico, aunque arde con mucha facilidad.
o Es un conductor acústico.
o Presenta buena resistencia mecánica a los esfuerzos de flexión y compresión.
o Puede partirse fácilmente en el sentido de las fibras o vetas. Esta propiedad se llama  hendibilidad.
o En relación a la dureza, las maderas fibrosas son las más duras y las porosas las más  blandas.
o Es un material poroso, capaz de absorber o desprender humedad, según el medio.
Esta propiedad de la madera se llama higroscopicidad.

PROCESO DE OBTENCIÓN DE LA MADERA

La madera sufre una serie de transformaciones desde su extracción en los bosques como materia prima, hasta la obtención de tablones como material que ha de ser trabajado.
1.- TALA.- Antiguamente se hacía  manualmente y hoy en día se realiza con  sierras mecánicas.
2.- PODA.- Una vez derribado el árbol, se  limpia el tronco eliminando las ramas y las  raíces si las tiene.
3.- TRANSPORTE.- Los troncos son  transportados por carretera, ferrocarril o  agua a la serrería.
4.- DESCORTEZADO.- Se elimina la  corteza en la cadena de rodillos.
5.- ASERRADO.- El tronco se despieza en  forma de tablas o tablones. Según las  características del tronco (grietas, nudos) y  el uso que se le vaya a dar a la madera, se  realizan diferentes tipos de aserrado. El  aserrado genera una gran cantidad de  restos que son reciclados para la  producción de derivados de la madera.
6.- SECADO.- La madera contiene una  gran cantidad de humedad cuando se  acaba de talar el árbol, lo que hace difícil  trabajarla y además se pueda combar con  facilidad. Por ello se reduce la cantidad de  agua de la madera antes de trabajarla. Así  se evitan deformaciones y variación en sus  dimensiones.

3.4.2.- CLASIFICACIÓN DE LA MADERA.

Las maderas pueden clasificarse de muy diversas formas, según el criterio que se  tenga en cuenta.
Según el árbol del que proceda podemos clasificarlas en dos tipos: maderas blandas y  maderas duras.

Maderas blandas : Son las que proceden de los árboles de hoja perenne y las  coníferas. Son maderas muy resinosas, de color pálido o castaño claro, ligeras y fáciles de  trabajar. Son más corrientes que las duras y se utilizan habitualmente en la construcción de  estructuras, embalajes, embarcaciones, suelos,... ( Ej. el pino, el abeto, el abedul, la balsa, el  álamo,...).

Maderas duras : Proceden de árboles de hoja caduca. Su crecimiento es muy lento y  desarrollan troncos muy gruesos ; además contienen poca resina. Presentan una amplia  variedad de colores y son muy resistentes. Se emplean en la construcción de todo tipo de  muebles y objetos decorativos, instrumentos musicales, toneles, parqué,... (Ej. roble,  castaño, cedro, boj, haya, cerezo, caoba,...).

Formas comerciales de la madera
Las formas comerciales de la madera que podemos encontrar en el mercado son :
Listones y molduras de sección cuadrada, rectangular, circular,...
Tableros macizos
Tablas y tablones, de sección rectangular.
Perfiles, que se obtienen a partir de los listones, a los que se les da una determinada  forma.
Chapas, formadas por láminas muy delgadas utilizadas para revestir tableros  aglomerados o contrachapados u otras maderas de menor calidad.

3.4.3. DERIVADOS DE LA MADERA.

Los derivados de la madera son aquellos materiales que no se obtienen directamente de  los troncos, sino a partir de fibras o virutas de madera.
Entre estos derivados se encuentran las maderas prefabricadas y los materiales  celulósicos.

MADERAS PREFABRICADAS : son fáciles de trabajar, no son atacadas por parásitos  y se pueden conseguir en una amplia gama de medidas y acabados. Destacan :  contrachapados, aglomerados y tableros de fibras.
Se emplean para construcción de muebles, recubrimientos de paredes, puertas,  tabiques, construcciones prebafricadas,...

MATERIALES CELULÓSICOS : Son aquellos que han sido eleborados con la celulusoa  de la madera. El papel es el más importante. Otros son el cartón, la cartulina, el  papel de seda,...

3.5.- LOS METALES

La mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza formando minerales. Su  obtención resulta costosa y complicada, pero de mucho interés, debido a sus importantes  cualidades técnicas. El proceso de extracción y transformación de los metales se llama  metalurgia.
Existe una gran variedad de materiales metálicos. Algunos se emplean en estado casi
puro, como la plata, el oro o el platino. La mayoría de ellos, sin embargo, se combinan entre  sí o con otros elementos formando aleaciones con las que se consigue ampliar y mejorar sus  propiedades.

PROPIEDADES

Entre sus propiedades cabe destacar las siguientes:

  • Brillo característico.

  • Más densos y pesados que otros materiales.

  • Gran resistencia mecánica.

  • Soportan grandes esfuerzos, presiones y golpes.

  • Suelen ser tenaces, maleables y dúctiles, por eso es fácil darles forma.

  • Son buenos conductores de la electricidad y del calor.
3.5.1.- LOS METALES FÉRRICOS

Los metales férricos se obtienen de minerales como: MAGNETITA o SIDERITA.
Los metales férricos son:
- Hierro puro
- Acero (Fe + (0,05 -1,6)% de C)
- Fundición (Fe+ (1,6 -6)% de C)

Estos minerales se trituran y se criban para separar del mismo la GANGA (parte del  mineral que no tiene utilidad) de la MENA (parte útil del mineral), la MENA se introduce junto  con CARBÓN y PIEDRA CALIZA en los ALTOS HORNOS donde se funde toda la mezcla  obteniendo un producto llamada ARRABIO. El arrabio contiene impurezas y un alto contenido  en carbono por lo que una vez afinado obtendremos directamente la FUNDICIÓN. Esta  fundición afinada en un horno CONVERTIDOR dará como resultado ACERO y finalmente por  ELECTRÓLISIS obtendremos HIERRO PURO.