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 PRIMA ► MATERIAL ► PRODUCTO
Tronco de árbol ► Tablero de madera ► mesa
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.
