trabajo materiales unidades i, ii
TRANSCRIPT
SEP SEIT DGIT
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
MATERIA:
MATERIALES EN INGENIERÍA
TRABAJO FINAL
PROFESOR:
ING. J. JESUS DE LUNA PADILA
Metepec, Edo. De México, MARZO 2009
INDICE
UNIDAD 1. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES
GENERALIDADES ………………………………………………………………………………1
MATERIALES PUROS ………………………………………………………………….……….2
ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS …………………………………..………….3
MATERIALES ORGANICOS E INORGANICOS …………………………………..… ……..7
MATERIALES CERAMICOS …………………………………………….…………….. …….14
CUESTIONARIO UNIDAD 1……………………………………………..…………………….17
UNIDAD 2. ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES …………………………………….. 41
ESTRUCTURA CRISTALINA Y SU RELACION CON LAS PROPIEDADES…… ……..41
MATERIALES PUROS …………………………………………………………..……………49
ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS ………………………………….………. .51
MATERIALES ORGANICOS E INORGANICOS ………………………………………..…57
MATERIALES CERAMICOS …………………………………………………….…………. 58
CUESTIONRIO UNIDAD 2………………………………………………..………………….63
FUENTES CONSULTADAS…………………………………………………………………….90
UNIDAD I CLASIFICACION DE LOS MATERIALES
GENERALIDADES
. Historia de los materiales y su clasificación
Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto .Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos están fabricados a base de materiales, estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro. Los más comúnmente encontrados son madera , hormigón , ladrillo , acero , plástico , vidrio , caucho , aluminio , cobre y papel . Existen muchos más tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta de ello. Debido al progreso de los programas de investigación y desarrollo , se están creando continuamente nuevos materiales.
La producción de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en productos acabados, constituyen una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricación. Puesto que la producción necesita materiales , los ingenieros deben conocer de la estructura interna y propiedad de los materiales , de modo que sean capaces de seleccionar el más adecuado para cada aplicación y también capaces de desarrollar los mejores métodos de procesado.
Los ingenieros especializados en investigación trabajan para crear nuevos materiales o para modificar las propiedades de los ya existentes. Los ingenieros de diseño usan los materiales ya existentes, los modificados o los nuevos para diseñar o crear nuevos productos y sistemas . Algunas veces el problema surge de modo inverso: los ingenieros de diseño tienen dificultades en un diseño y requieren que sea creado un nuevo material por parte de los científicos investigadores e ingenieros.
La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente. Por ejemplo los ingenieros mecánicos buscan materiales para altas temperaturas, de modo que los motores de reacción puedan funcionar más eficientemente. Los ingenieros eléctricos procuran encontrar nuevos materiales para conseguir que los dispositivos electrónicos puedan operar a mayores velocidades y temperaturas.
La ley y la tabla periódicas:
Mendeliev, 1871
Demuestra: Que las propiedades de los elementos varían de manera periódica.
La tabla periódica nos ayuda a comprender el comportamiento, las propiedades y la reactividad de los elementos
Las propiedades de los elementos tienden a reproducirse de manera regular (periódica) al ordenar a los elementos según su número atómico.
La ley periódica se basa en el arreglo de los elementos llamado <Tabla periódica> en la cual cada elemento pertenece a un agrupamiento vertical llamado familia y a un agrupamiento horizontal llamado periodo.
Los elementos de una familia tienden a presentar propiedades químicas similares.
Figura 8: La tabla periódica moderna
Figura 9: Otra tabla periódica moderna
Figura 10: La tabla periódica en espiral
Figura 11: Tabla periódica de Stowe
Figura 12: Una tabla triangular
¿Qué información hay en la tabla periódica?
Figura 13: Información en la tabla periódica
Los elementos conocidos
En la actualidad se conocen 108 elementos
De ellos tenemos:
87 elementos son metales
26 elementos radioactivos
16 elementos han sido fabricados por el hombre (radioactivos todos)
11 son gases a presión y temperatura normales
6 son gases nobles monoatómicos
2 elementos son líquidos
Veámoslos ahora en la tabla
Los metales
Figura 14: Los 87 metales
Algunas propiedades de los metales
En general, la mayoría de los metales tienen las propiedades siguientes:
Son dúctiles y maleables.
Presentan brillo (lustre)
Son buenos conductores del calor
Son buenos conductores de la electricidad
Todos excepto el Hg son sólidos a temperatura ambiente
Al hacerlos reaccionar con no metales pierden electrones
Más acerca de los Metales
Los no-metales
Figura 15: Los no-metales
Algunas propiedades de los no metales
En general, pueden presentar todos los estados físicos a temperatura y presión normales (STP)
Cl2 es un gas, Br2 es líquido, I2 es sólido
Son malos conductores del calor
Son malos conductores de la electricidad
Muchos de ellos existen como moléculas diatómicas
Al reaccionar con los elementos metálicos ganan electrones
Al reaccionar con elementos no-metálicos comparten electrones
Más acerca de los No-metales
Los metaloides
Figura 16: Los metaloides
Algunas propiedades de los metaloides
En general, estos elementos tienen propiedades muy variadas y variables. Es decir dependiendo con quien anden, cambiaran de carácter.
Actúan como no metales cuando reaccionan con metales
Actúan como metales cuando reaccionan con los no metales
Algunos de ellos presentan la propiedad eléctrica de ser semiconductores.
Más acerca de los Metaloides
Los gases nobles
Figura 17: los gases nobles
Algunas propiedades de los gases noble
En general, estos elementos no reaccionan con casi nadie.
Todos son gases monoatómicos en condiciones normales
Son muy poco reactivos, de hecho He, Ne y Ar no reaccionan con nada
El Kr y el Xe reaccionan con O y F y forman algunos compuestos.
El Rn es radiactivo.
Los estados físicos de los elementos
Figura 18: Estados físicos de los elementos a 25º
Definición de familias o grupos (a la antigüita)
Figura 19: Definición de familias o grupos (a la antigüita)
Definición de familias o grupos (a la moda)
Figura 20: Definición de familias o grupos (a la moda)
Definición de periodos
Figura 21: Definición de periodos
Nombres de algunas familias comunes
Figura 22: Nombres de algunas familias comunes
Materiales Ferrosos
Metal Ferroso es aquel cuyo mineral de origen
es el óxido de hierro.
Fundidora de Metales IndsFundicion de Fierro Gris/AcerosMejoramos cualquier presupuestowww.fundidorademetales.com
Enlace Patrocinado
Vuelve la guerra del
acero: la ...195 x 265 - 27
KB - jpgwww.eleconom
ista.es
... cavidades de acero
fundido sin ...510 x 344 - 61
KB - jpgwww.metalfor
m.ind.br
Acero Fundido264 x 264 - 25
KB - jpgalbertama.tripod.co
m
Acero fundido500 x 333 - 108
KBflickr.com
¿Realmente se fundió el acero ...1216 x 912 - 670
KBelproyectomatriz.w
ordpress.com
Llave de acero fundido con el
...255 x 452 - 16
KB - jpgwww.flg.es
]
Llave de acero fundido
255 x 545 - 25 KB - jpg
www.flg.es
Acero y hierro260 x 336 - 13
KB - jpghtml.rincondel
vago.com
... angular de acero fundido de
alta ...145 x 203 - 47
KB - gifwww.nationalmetal
abrasive.com
VÁLVULA COMPUERTA
ACERO FUNDIDO, ...377 x 371 - 13
KB - jpgwww.aguamark
et.com[ Más
información de www.aguamarke
t.com ]
Colada de acero fundido
171 x 224 - 12 KB - jpg
www.csic.es
... ACERO FUNDIDO,
Modelo 5202F-UT
377 x 371 - 11 KB - jpg
www.aguamarket.com
Construcción: Hierro
Fundido, Acero ...
1672 x 1560 - 63 KB - jpg
www.hardval.com.ar
... la temperatura
del acero fundido ...754 x 516 - 252 KB - jpgwww.amcmh.
org
Rueda de turbina de acero fundido.
433 x 450 - 35 KB - jpg
www.xtec.es
... echado todo el acero
fundido por ...500 x 370 - 27
KB - jpgcanelafina.wor
dpress.com
Hace unos días encontré esto, ...290 x 400 - 23
KB - jpgchampionship-
vinyls.blogspot.com
2 Discos de acero fundido
...500 x 298 - 40
KB - jpgwww.deportee
ncasa.com
... acero fundido causa 16 heridos ...
804 x 420 - 77 KB - jpg
www.noticiasdealava.com
... ACERO FUNDIDO,
Modelo 5275F-UT
270 x 300 - 11 KB - jpg
www.aguamarket.com
... base en acero
fundido, ...400 x 300 - 42
KB - jpgwww.funcional
ismo.com
Retencion Acero Fundido Clase
150 ...192 x 211 - 11
KB - jpgwww.materialesdel
sureste.com
Cuestion de Juicios
470 x 358 - 49 KB - jpg
foro.dasumo.com
... (se encontro
acero fundido en ...
400 x 285 - 28 KB - jpg
mariac.myblog.es
PVC Acero fundido-moldeado1024 x 513 - 109
KB - jpgwww.saiainternatio
nal.com
El bastidor era de acero
fundido y ...430 x 323 - 52
KB - jpgcochesmiticos.c
om
Acero Quirúrgico:
Acero fundido al ...400 x 300 - 27
KB - jpgtatuajes-tatoo.net
Acero fundido640 x 480 - 487
KB - pngwww.adn.es
... verse restos de
acero fundido.
561 x 680 - 41 KB - jpg
www.amcmh.org
[ Más información de www.amcmh.or
g ]
Mango (Guarda) en
Acero Fundido.
540 x 540 - 30 KB - jpg
www.todocoleccion.net
... acero fundido. (84)
561 x 680 - 64 KB - jpg
elproyectomatriz.wordpress.com
... en acero fundido de 15
kg.622 x 341 - 36
KB - jpgwww.deporteen
casa.com ]
Construcción: Hierro
fundido, Acero ...
507 x 791 - 4 KB - gif
www.hardval.com.ar
... parrillas de acero fundido ...
271 x 258 - 16 KB - jpg
www.harmansperu.com ]
... parrilla de acero
fundido.271 x 258 - 14
KB - jpgwww.harmans
peru.com
Un enorme cazo de acero
fundido, ...300 x 300 - 8
KB - jpg
Acero (Duro); Acero fundido
...410 x 240 - 13
KB - jpgwww.disagroup
.com
... de acero fundido de alta
...1896 x 1878 - 94
KB - jpgwww.isaludes.es
Material: acero fundido, hierro
...350 x 300 - 26
KB - jpgwww.imtesiperu
.com[ Más
información de www.imtesiperu.
com ]
Material: acero
fundido, hierro ...
350 x 300 - 27 KB - jpg
www.imtesiperu.com
Acero Fundido e Inoxidable.
282 x 231 - 32 KB - jpg
www.lezcano.com.do
Cuando me dirigí a Yasaburo para ...
320 x 244 - 30 KB - jpg
chigredelasturiano.blogspot.com
[ Más información de blogger.com ]
... creo que sea acero fundido
por ...400 x 367 - 46
KB - jpg11-
septiembre.blogspot.com
... Acero Fundido y
Forjado, Bronce, ...
550 x 413 - 51 KB - jpg
www.carruajesalta.com.ar ]
... Acero Fundido y Forjado,
Bronce, ...550 x 335 - 54
KB - jpgwww.carruajesa
lta.com.ar
... acero fundido.
400 x 346 - 20 KB - gif
debates.coches.net
Si tenemos acero fundido
(líquido) ...300 x 456 - 54
KB - jpgwww.construm
atica.com
... acero fundido. (84)
605 x 434 - 49 KB - jpg
lacomunidad.elpais.com
... componentes
de acero fundido en ...254 x 232 - 66
KB - jpgwww.agromec.
co.cr
... es acero fundido y es
soldable.800 x 600 - 174
KB - jpgwww.forocoches.
com ]
... es acero fundido y es
soldable.800 x 600 - 168
KB - jpgwww.forocoche
s.com
Mango en Acero
Fundido Cincelado.
540 x 540 - 33 KB - jpg
www.todocoleccion.net
Retención Acero
Fundido Clase 150 ...175 x 192 - 6
KB - jpgwww.proyvenc
a.com
Acero fundido242 x 536 - 44
KB - jpgwww.tecvalexport.c
om
... de acero inoxidable fundido.
780 x 594 - 29 KB - jpg
www.habitat.net
... de acero inoxidable fundido.
394 x 300 - 7 KB - jpg
www.habitat.net
... de acero inoxidable fundido.
780 x 594 - 20 KB - jpg
www.habitat.net
... base en acero fundido, ...
145 x 136 - 31 KB - jpg
www.funcionalismo.com ]
Acero. 12. Tapa. Hierro
Fundido280 x 290 - 17
KB - gifwww.tecvalexp
ort.com
Ejes de acero SAE 1045, ...3180 x 1588 - 509 KB - jpg
www.e-asphalt.com
Engranajes de acero SAE
1045, ...1788 x 1456 - 321 KB - jpg
www.e-asphalt.com
Hoja de 1ª Calidad en Acero
440.540 x 540 - 43
KB - jpgwww.todocolecci
on.net
... un cable de acero fundido
con el ...160 x 220 - 29
KB - gifwww.hondutel.
hn
... fundido y acero
inoxidable.557 x 300 - 50
KB - jpgwww.hergom.co
m
... fundido y acero
inoxidable.558 x 300 - 61
KB - jpgwww.hergom.c
om
Alta pieza de acero fundido
de ...100 x 100 - 4
KB - jpgspanish.alibaba.
com
Acero333 x 500 - 29
KB - jpgwww.comeval.e
s
... Graduacion En Acero Fundido160 x 160 - 5 KBlistado.mercadoli
bre.com.co
... realizado en acero fundido
y ...159 x 160 - 14
KB - jpgwww.copanu.c
om.py
Cuerpo: De hierro fundido,
labrado y ...365 x 288 - 28
KB - jpgwww.maneklalex
ports.com
... PARA VACIAR EL
ACERO FUNDIDO Y ...240 x 160 - 21
KB - jpgwww.skyscrape
rcity.com
... esta realizada en
acero fundido, ...
206 x 159 - 4 KB - jpg
www.hdptech.com
1.- Hierro Colado
El hierro colado o fundición se fabrica en los llamados altos hornos. Se caracteriza por servir para moldeo, ser resistente a la compresión y tener fragilidad. Se puede obtener varias clases de hierro colado dependiendo del proceso de fabricación, del enfriamiento, de la materias primas y de la ganga del mineral, pudiéndose dividir en dos grupos: fundiciones ordinarias y fundiciones especiales. Las Fundiciones Ordinarias están formadas principalmente de hierro y carbono. Puede ser: la fundición gris, la fundición blanca y la fundición maleable. Las Fundiciones Especiales pueden ser: ferromanganesas y ferrosilíeas.
El hierro colado, el hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferroaleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del elemento de aleación, que pueden ser manganeso, silicio o cromo.
2.- Acero AISI 304Descripción:
Es un acero inoxidable y refractario austenítico, aleado con CR y Ni y bajo contenido de C que presenta una resistencia a la corrosión muy enérgica. Este tipo de acero es resistente contra corrosión intercristalina y tiene propiedades para ser embutido profundo, no es templable ni magnético. Su aplicación es frecuente en la industria alimenticia, embotelladoras, tanques de fermentación, almacenamiento, barriles, equipos de leche, cereales, cocina, cubiertos, químicos maquinaria industrial como en los cuerpos de bombas y tubos.
Estado de entrega: Apagado (austenizado), en barras o laminas según AISI.
Propiedades mecánicas en estado de entrega:
Dureza: 160 Brinell
Resistencia a la tracción: 50-70 kg/mm^2
Laminas:
Medias disponibles: en 2 X 1 mts , 4´ x 8´ pies y/o 3´x 10´ pies
Acabados y Espesores:
Acabado: No. 1 desde 1/2" – 3/16"
Acabado: 2B USG 8 (4.37 mm) – USG 26 (0.48 mm)
Acabado: 4 Brillante con PVC por un lado USG 14 (1.95mm) – USG 26 (0.48 mm)
Redondos: Tolerancia H-11 , largos de 3 – 6 mts
Diámetros desde 3/16" hasta 2"
3.-Acero inoxidable
Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables.
El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy versátiles. La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus característcas:
· Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas.
· Propiedades mecánicas del acerol
· Características de los procesos de transformación a que será sometido.
· Costo total (reposición y mantenimiento)
- Disponibilidad del acero.
Los aceros inoxidables tienen una resistencia a la corrosión natural que se forma automáticamente, es decir no se adiciona. Tienen una gran resistencia mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criógenicas. Son fáciles de transformar en gran variedad de productos y tiene una apariencia estética, que puede variarse sometiendo el acero l a diferentes tratamientos superficiales para obtener acabado a espejo, satinado, coloreado, texturizado, etc.
Análisis químico según Norma Nacional NMX B-300 (% en peso):
C Si Mn P máx. S máx. Cr Mo0.38-0.43
0.15-0.35
0.75-1.00
0.035 0.040 0.80-1.10 0.15-0.25
Tipo: Acero de baja aleación al cromo-molibdeno.
Formas y Acabados:
Barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera laminadas o forjadas en caliente, peladas o maquinadas. Barra hueca. Placa laminada caliente. Discos.
Características:
El 4140 es uno de los aceros de baja aleación mas populares por el espectro amplio de propiedades útiles en piezas que se someten a esfuerzo, con relación a su bajo costo. Al templarlo se logra muy buena dureza con una gran penetración de la misma, teniendo además un comportamiento muy homogéneo. Tiene también una buena resistencia al desgaste.
Aplicaciones:
Se emplea en cigüeñales, engranes, ejes, mesas rotatorias, válvulas y ruedas dentadas. También es utilizado en piezas forjadas, como herramienta, llaves de mano y destornilladores, espárragos, árboles de levas, flechas de mecanismos hidráulicos, etc.
4.- Alambre PianoComposición Química
% C % Mn % Si % P % S0.070-1.00 0.20-0.60 0.10-0.30 0.025 max 0.030 max
Variaciones Permitidas en DiámetroDiámetro In Variaciones más/menos Ovalidad Permitida0.004-0.010 0.0002 0.00020.011-0.028 0.0003 0.00030.029-0.063 0.0004 0.00040.064-0.080 0.0005 0.00050.081-0.250 0.001 0.001
El Alambre Piano es un producto con alta resistencia a la tensión que lo hace útil en la fabricación de resortes, cuerdas para instrumentos musicales y almas para fibras ópticas, entre múltiples usos.
Es un tipo especializado de alambre producido para ser utilizado en un piano y otros instrumentos musicales de cuerda, como también para otros usos. Está fabricada de acero al carbono templado, también conocido como "acero de resorte".
Fabricación y uso
El alambre de acero con alto contenido de carbón utilizado para instrumentos musicales (tal como el ASTM A228) es fabricado en medidas métricas y pulgadas en diámetros desde 0.15 mm hasta 4.8 mm. Un reducido número de empresas producen el alambre pulido de alta dureza que satisface la demanda de los mercados de instrumentos musicales, dicho alambre es fabricado a partir de acero con una precisa composición mediante el método de extrudado en frío. Las cuerdas para instrumentos musicales constituyen el uso más exigente para dicho material. Las cuerdas deben soportar grandes tensiones, sobrevivir a repetidos tañidos y golpes, y a la vez son dobladas, estiradas y retorcidas durante el afinado, y aún así se espera puedan durar muchos años. El alambre para cuerdas para instrumentos debe también contar con una tolerancia muy precisa en su tamaño: variaciones superiores a 7.6 μm en su diámetro producen disonancias perceptibles en los instrumentos musicales modernos.
La cuerda para instrumentos musicales evolucionó a partir del hierro ductil fabricado a mano a acero al carbono extrudado en forma continua hacia finales del siglo XIX, y la competencia internacional en búsqueda de mayor dureza se nutrió de los requerimientos y exigencias de otros productos que utilizan alambres como el telégrafo y el alambre de púa. Los fabricantes de pianos más innovadores se mantuvieron al tanto de los últimos avances y como consecuencia incrementaron el tamaño y las tensiones en sus diseños.
Las cuerdas de piano son también utilizadas en la fabricación de resortes, implementos de pesca, efectos especiales en la industria cinematográfica y para cortar jabón y quesos muy cremosos.
5.- Acero dulceEl acero dulce es el más corrosivo y por lo tanto el menos caro de los tres metales comúnmente más perforados.
Es fabricado en forma de chapa o bobina por un rodillo que lo lamina al grueso deseado, tanto mientras el acero sigue caliente, como una vez después de que se haya enfriado.
Cada uno de los tipos del acero dulce listados abajo se refiere a laminado en frío o en caliente.Las diferencias en los procesos dan lugar a los productos, que se diferencian en términos de coste, calidad, y las características mecánicas.
Laminado en caliente es típicamente menos costoso y producido en espesores más gruesos de 1.5 milímetros hacia arriba, mientras que el laminado en frío proporciona tolerancias más ajustadas, mejores acabados finales, y aunque puede ser producido en prácticamente cualquier espesor, es más fácil su disponibilidad en espesores más finos , de 0.4 milímetros a 1.5 milímetro.
Debido a que el acero dulce es susceptible a la corrosión, se utiliza a menudo en aplicaciones no expuestas al contacto con el agua, o recubierto con una capa protectora.
Las capas tales como pintura vía húmeda o en polvo se aplican después de perforar y protegen totalmente el material. Los metales revestidos antes de su procesamiento a base de zinc y aluminios (es decir, pregalvanizados, aluminizados etc.) pueden no estar recubiertos en su totalidad, después del proceso de perforación.
6.- Aceros de herramienta para trabajos de choque:
Estos aceros son generalmente bajos en carbono, con porcentajes comprendidos entre 0,45 y 0,65%, siendo los principales elementos de aleación utilizados el silicio, el cromo, el tungsteno y algunas veces el molibdeno o el níquel. EL silicio y el níquel aumentan la resistencia de la ferrita, mientras que el cromo aumenta la templabilidad y contribuye al aumento de templabilidad, mientras que el tungsteno confiere dureza en caliente.
La mayor parte de ellos son de temple en aceite, aunque algunos tienen que templarse en agua para lograr un temple total.
Los contenidos en silicio elevados tienden a acelerar la descarburación. Los aceros pertenecientes a este grupo se emplean en la fabricación de matrices de estampar, punzones, cinceles, herramientas neumáticos y cuchillas de cizallas.
7.- Acero Recocido
Se puede entender el recocido como el calentamiento del acero por encima de las temperaturas de transformación a la fase austenítica seguida de un enfriamiento lento. El resultado de este lento enfriamiento es el de obtener un equilibrio estructural y de fase en los granos del metal.
Dependiendo del porcentaje de carbono; luego del recocido se pueden obtener diversas estructuras tales como Ferrita+Cementita en los aceros Hipoeutectoides; Perlita en los aceros Eutectoide; y Perlita+Cementita en los aceros Hipereutectoides.
El fin ultimo del recocido del acero tiene baja dureza y resistencia.
El recocido total es el proceso mediante el cual la estructura distorsionada en frío retorna a una red cuyo estado se halla libre de tensiones por medio de la aplicación de calor. Este proceso se efectúa totalmente en estado solido y puede dividirse en las tres etapas siguientes: Recuperación, Recristalización y Crecimiento del Grano.
8.- Fundiciones
Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.
El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y maleabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.
Etapas del proceso
Diseño del modeloEl modelo es la pieza que se pretende reproducir, pero con algunas modificaciones derivadas de la naturaleza del proceso de fundición:• Debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez se haya enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reducción depende del material empleado para la fundición. A esta dimensión se de debe dar una sobremedida en los casos en el que se dé un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta.• Las superficies del modelo deberán respetar unos ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción. Este ángulo se denomina ángulo de salida.Se recomiendan ángulos entre 0.5º y 2º. • Incluir todos los canales de alimentación y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido. • Si es necesario incluirá portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocación del macho.
Fabricación del modeloEn lo que atañe a los materiales empleados para la construcción del modelo, se puede emplear desde madera o plásticos como el uretano hasta metales como el aluminio o el hierro fundido.Usualmente se fabrican dos semimodelos correspondientes a sendas partes del molde que es necesario fabricar.• Compactación de la arena alrededor del modelo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarán perfectamente. Actualmente se realiza el llamado moldeo mecánico, consistente en la compactación de la arena por medios automáticos, generalmente mediante pistones (uno o varios) hidráulicos o neumáticos. • Colocación del macho. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser más resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocación en el molde. Una vez colocado, se juntan ambas caras del molde y se sujetan. • Colada. Vertido del material fundido. • Enfriamiento y solidificación. Esta etapa es crítica de todo el proceso, ya que un enfriamiento excesivamente rápido puede provocar tensiones mecánicas en la pieza, e incluso la aparición de grietas, mientras que si es demasiado lento disminuye la productividad. • Desmoldeo. Rotura del molde y extracción de la pieza. En el desmoldeo también debe retirarse la arena del macho. Toda esta arena se recicla para la construcción de nuevos moldes. • Desbarbado. Consiste en la eliminación de los conductos de alimentación, mazarota y rebarbas procedentes de la junta de ambas caras del molde. • Acabado y limpieza de los restos de arena adheridos. Posteriormente la pieza puede requerir mecanizado, tratamiento térmico, etc.
Variantes• Moldeo en arena verde. Consiste en la elaboración del molde con arena húmeda y colada directa del metal fundido. Es el método más empleado en la actualidad, con todo tipo de metales, y para piezas de tamaño pequeño y medio. No es adecuado para piezas grandes o de geometrías complejas, ni para obtener buenos acabados superficiales o tolerancias reducidas. • Moldeo en arena quimico. Consiste en la elaboración del molde con arena preparada con una mezcla de resinas, el fraguado de estas resinas puede ser por un tercer componente liquido ó gaseoso, ó por autofraguado. De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamaño y mejor acabado superficial. • Moldeo en arena seca. Antes de la colada, el molde se seca a elevada temperatura (entre 200 y 300ºC). De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamaño, geometrías más complejas y con mayor precisión dimensional y mejor acabado superficial. • Moldeo mecánico. Consiste en la automatización del moldeo en arena verde. La generación del molde mediante prensas mecánicas o hidráulicas, permite obtener moldes densos y resistentes que subsanan las deficiencias del moldeo tradicional en arena verde.
• Moldeo a la cera perdida o microfusión. En este caso, el modelo se fabrica en cera o plástico. Una vez obtenido, se recubre de una serie de dos capas, la primera de un material que garantice un buen acabado superficial, y la segunda de un material refractario que proporciones rigidez al conjunto. Una vez que se ha completado el molde, se calienta para endurecer el recubrimiento y derretir la cera o el plástico para extraerla del molde en el que se verterá posteriormente el metal fundido. Este método tiene dos ventajas principales, la ausencia de machos y de superficies de junta, con lo que se logran fieles reproducciones del modelo original sin defectos superficiales (líneas de junta y rebabas) que luego haya • Fundición en coquilla. En este caso, el molde es metálico. • Fundición por Inyección • Fundición prensada • Fundición a baja presión • Fundición centrifugada
9.- Acero 1018
Análisis químico según Norma Nacional NMX B-301 (% en peso):
C Si Mn P máx.. S máx..
0.15-0.20 0.15-0.35 0.60-0.90 0.040 0.050
Tipo: Acero de bajo contenido de carbón Formas y Acabados:
Barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera, laminadas o forjadas en caliente, estiradas en frío y peladas o maquinadas.Placa laminada caliente.
Características: Entre los aceros de bajo carbono, el 1018 es el más versátil
por sus características; análisis controlado, mejores propiedades mecánicas que otros aceros del mismo tipo por su alto contenido de manganeso, buena soldabilidad, buena maquinabilidad. Cuando se requiere una superficie muy dura pero un centro tenaz, este acero cementado cumple perfectamente. Estirado en frío mejora sus valores de resistencia mecánica y su maquinabilidad, haciéndose muy popular para un sin número de aplicaciones.
Aplicaciones: Se utiliza en la fabricación de partes para maquinaria;
automotriz, línea blanca, equipo de proceso, etc.; que no estén sujetas a grandes esfuerzos. Por su ductilidad es ideal para procesos de transformación en frío como doblar,
estampar, recalcar, etc.. Sus usos típicos son flechas, tornillos, pernos, sujetadores, etc., ya cementado en engranes, piñones, etc..
Tratamientos térmicos recomendados ( valores en º C ) :
FORJADO NORMALIZADO
RECOCIDO TEMPLADO
REVENIDO
PUNTOS CRÍTICO
S APROX.
ABLANDAMIENTO
REGENERACIÓN
Ac1
Ac3
1100-1250
870-900 650-700enfriar al aire
850-890enfriar en
horno
Cementar925
150-250 724 840
Propiedades mecánicas mínimas estimadas según SAE J1397:
TIPO DEPROCESO
Y ACABADO
RESISTENCIA A LA
TRACCIÓN
LÍMITE DE FLUENCIA
ALARGA-
MIENTOEN 2" %
REDUCCIÓN
DE ÁREA%
DUREZA
BRINELL
RELACIÓN
DE MAQUIN
A-BILIDAD1212 EF = 100%
MPa
(kgf/mm2)
Ksi
MPa
(kgf/mm2)
Ksi
CALIENTE Y
MAQUINADO
400 41 58 220 22 32 25 50 116 70
ESTIRADO EN
FRIÓ
440 45 64 370 38 54 15 40 126
10.-Acero O1
Análisis químico según Norma Nacional NMX B-82 (% en peso):
C Si Mn P màx. S màx. Cr V màx. W0.85-1.00 0.50 1.00-1.40 0.030 0.030 0.40-0.60 0.30 0.40-0.60
Otros residuales, valor máximo: Cu = 0.25% Ni = 0.30% Cu + Ni = 0.40% As + Sn + Sb = 0.040%
Tipo: Acero para trabajo en frío, tipo temple al aceite.
Formas y Acabados:
Redondo, cuadrado, solera, lámina, disco y anillo forjados, barra hueca y barra rectificada.
Características: Este acero tiene buena resistencia al desgaste y
buena tenacidad. Presenta dureza profunda en diámetros menores a 40 mm. En sección de 100 mm., la profundidad de dureza es de aprox. 10 mm., Excelente maquinabilidad y buen afilado.
Aplicaciones: Se emplea en matrices para estampar, cortar y
punzonar; así como en herramientas de corte a baja temperatura. También se utiliza en herramientas para filetear, instrumentos de precisión, calibres y matrices para plástico, entre otros.
Observaciones: Durante el recocido, las herramientas deben
rodearse de viruta de hierro fundido para evitar la descarburización. Dureza después de recocido: 170-210 Brinell. Limpiar la cáscara de forjado o rolado antes de templar. Revenir inmediatamente. Siempre revenir por lo menos a 100º C . Para obtener buenos resultados, es esencial igualar la temperatura en toda la herramienta.
Tratamientos Térmicos recomendados ( valores en °C ):
FORJADO NORMALIZADOPIEZAS FORJADAS
RECOCIDO DUREZA BRINELL MÁXIMABARRAS RECOCIDAS (1)
TEMPERATURA MEDIO DE ENF.
VEL. ENF.
1050-1100enfriar al aire (3)
820-880enfriar al aire
720-730 enfriar en horno
11°C/hrhasta hornonegro y apagar.
228
11.- Acero 1045
Análisis químico según Norma Nacional NMX B-301 (% en peso):
C Si Mn P màx. S màx.0.43-0.50 0.15-0.35 0.60-0.90 0.040 0.050
Tipo: Acero de medio contenido de carbón. Formas y Acabados:
Barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera, laminadas o forjadas en caliente, estiradas en frío y peladas o maquinadas.Placa laminada caliente. Anillos forjados.
Características: El más popular de los aceros al carbón templables es sin
duda el 1045. En todo tipo de aplicaciones en donde se requiera soportar esfuerzos por encima de los 600 MPa. (61 kgf/mm2), o en el caso de diámetros mayores, en donde se necesite una superficie con dureza media, 30 a 40 Rc, y un centro tenaz. Aunque su maquinabilidad no es muy buena, se mejora con el estirado en frío, además con este acabado se vuelve ideal para flechas, tornillos, etc. de alta resistencia.
Aplicaciones: Por sus características de temple, se tiene una amplia
gama de aplicaciones automotrices y de maquinaria en general, en la elaboración de piezas como ejes y semiejes, cigüeñales, etc. de resistencia media.
Propiedades mecánicas mínimas estimadas según
Tipo DeProceso
Y Acabado
Resistencia A La Tracción
Limite De Fluencia Alarga-MientoEn 2" %
ReducciònDe Area%
DurezaBrinell
RelaciònDe Maquina-Bilidad1212 Ef = 100%
Mpa
(Kgf/Mm2)
Ksi Mpa(Kgf/Mm2)
Ksi
Caliente YMaquinado
570 58 82 310 32 45 16 40 163 55
Estirado EnFrío
630 64 91 530 54 77 12 35 179
12.-Acero Cromado
El cromado es un galvanizado, basado en la electrólisis, por medio del cual se deposita una fina capa de cromo metálico sobre objetos metálicos e incluso sobre material plástico. El recubrimiento electrolítico con cromo es extensivamente usado en la industria para proteger metales de la corrosión, mejorar su aspecto y sus prestaciones.
El llamado cromo duro son depósitos electrolíticos de espesores relativamente grandes ( 0,1 mm) que se depositan en piezas que deben soportar grandes esfuerzos de desgaste. Se realizan este tipo de depósitos especialmente en asientos de válvulas, cojinetes cigüeñales ejes de pistones hidráulicos y en general en lugares donde se requiera bastante dureza y precisión.
El cromo brillante o decorativo son finas capas de cromo que se depositan sobre cobre, latón o níquel para mejorar el aspecto de algunos objetos. La grifería doméstica es un ejemplo de piezas cromadas para dar embellecimiento.
El cromo tiene poco poder de protección, menos aun si las capas que se depositan son tan delgadas como una micra. Por ello las superficies a cubrir deben estar bien pulidas, brillantes y desengrasadas. El cromo se aplica bien sobre el cobre, el níquel y el acero, pero no sobre el zinc o la fundición.
Procedimiento Del Cromado
En un baño electrolítico de cromo se disuelve ácido crómico en agua en una proporción de 300 gramos por litro y se añade 2 gramos por litro de ácido sulfúrico. Se emplea como ánodo un electrodo de plomo o grafito. El plomo sirve como ánodo porque se forma una placa de oxido de plomo que es conductor pero que impide que se siga corroyendo por oxidación anódica. Al contrario que en otros baños como los del níquel el cromo que se deposita en el cátodo procede del ácido crómico disuelto y no del ánodo, por lo que poco a poco se va empobreciendo en cromo la solución. Con el uso el cromo se va agotando y hay que reponerlo añadiendo más ácido crómico.
13.- Acero 9840
Análisis químico según Norma Nacional NMX B-300 (% en peso):
C Si Mn P máx.
S máx.
Ni Cr Mo
0.38-0.43
0.20-0.35
0.70-0.90
0.040 0.040 0.85-1.15
0.70-0.90
0.20-0.30
Tipo: Acero de baja aleación al níquel-cromo-molibdeno.
Formas y Acabados: Barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera laminadas o forjadas en caliente, peladas o maquinadas. Placa laminada caliente.
Características:
Por tener un nivel de aleación más bajo que el 4340, tiene mayor tenacidad aunque alcanza al templarse durezas elevadas con una alta penetración, así como una magnífica resistencia a la fatiga.
Aplicaciones:
Ampliamente utilizado en la industria automotriz, en piezas sujetas a grandes esfuerzos, como flechas de transmisión y engranes, así como en pernos de alta resistencia y dispositivos de perforación. En la industria petrolera, es tratado con una resistencia de 105 kg /mm², para piezas que deban soportar fatiga.
Tratamientos térmicos recomendados ( valores en º C ) :
FORJADO
NORMALIZADO
RECOCIDO TEMPLADO
REVENIDO
PUNTOS
CRÍTICOS
APROX.
ABLANDAMIENTO
REGENERACIÓN
Ac1
Ac3
1050-1200
870-900 650-700 815-850enfriar en
horno
820-850Aceite
540-650 727
770
Propiedades mecánicas mínimas estimadas :
TIPO DEPROCESO
Y ACABADO
RESISTENCIA A LA
TRACCIÓN
LÍMITE DE FLUENCIA
ALARGA-
MIENTO
EN 2" %
REDUCCIÓN
DE ÁREA%
DUREZA
BRINELL
RELACIÓN
DE MAQUIN
A-BILIDAD1212 EF = 100%
MPa
(kgf/mm2)
Ksi
MPa
(kgf/mm2)
Ksi
CALIENTE Y
MAQUINADO
932 95 135 515 52 75 22 50 250 65
TEMPLADO Y
REVENIDO*
1089 111 158 965 98 140 16 48 315
14.- Acero sisa 4140 recocido
Composición Química - % Promedio
C Mn Si Cr Mo0.40 0.90 0.30 1.00 0.20
Acero grado maquinaria al Cromo-Molibdeno. Para piezas y partes de maquinaria de uso general
Aplicaciones Típicas
Piezas para Maquinaria en GeneralCigüeñalesEngranesEngranes de TransmisiónEjesBielasPortamoldes
Color de distinción amarilloTratamientos Superficiales
El Acero SISA 4140R puede ser nitrurado o recubierto con cromo duro.
Tratamiento Térmico
Forjar1050-850°C (1920-1560°F) No forjar por debajo de 825°C (1520°F), enfriamiento lento en horno o material termoaislante.
RecocerCalentamiento a 680-720°C (1250-1300°F) Mínimo 4 horas con enfriamiento lento en horno.
Relevado de Tensiones
Material Recocido 550-600°C (1020-1110°F) Mantener 2 horas después de calentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire.
Material Templado Calentar 15-30°C (25-50°F) por debajo de la temperatura de revenido, mantener 2 horas después de calentamiento al núcleo, enfriamiento lento en horno o al aire. Recomendable para reducir las tensiones causadas por un extenso maquinado.
Enfriamiento Al aceite.
15.- Acero L6
Análisis químico según Norma Nacional NMX B-82 (% en peso):
C Si màx. Mn P màx. S màx. Cr Ni Mo màx.0.65-0.75 0.10-0.50 0.25-0.80 0.030 0.030 0.60-1.20 1.25-2.00 0.50
Otros residuales, valor máximo: Cu = 0.25% As + Sn + Sb = 0.040%
Tipo: Acero de baja aleación para usos especiales, tipo carbono mayor de 0.65 y níquel.
Formas y Acabados:
Redondo, cuadrado y solera; disco y anillo forjado, barra perforada y lámina.
Características: Este acero presenta facilidad al temple profundo, excelente
dureza, resistencia al choque y al desgaste, y gran elasticidad. Puede enfriarse al agua durante el trabajo a fin de utilizarse para producciones reducidas.
Aplicaciones: Se emplea en sierras de disco, cinceles, matrices, moldes
para plástico, dados para fundir a presión, moldes de baquelita, cuchillas y matrices para forjar, entre otros.
Observaciones: Forjar calentando lenta y uniformemente; enfriar en horno,
ceniza o cal. Recocer calentando lenta y uniformemente; mantener; enfriar en horno. Dureza máxima: 229 Brinell. Templado: este acero muestra poca o ninguna tendencia a descarburarse; calentar, homogeneizar y enfriar en aceite. Las condiciones del horno deberán ser ligeramente oxidantes. Revenir dos veces, de acuerdo a la dureza deseada.
Tratamientos Térmicos recomendados ( valores en °C ):
FORJADO NORMALIZADOPIEZAS
FORJADAS
RECOCIDO DUREZA BRINELL MÁXIMA
BARRAS RECOCIDAS (1)
TEMPERATURA MEDIO DE ENF. VEL. ENF.
1050-1100enfriar al aire
910-950enfriar al aire
760-790 enfriar en horno 11°C/hrhasta horno
negro y apagar.
255
Bibliografía
http://html.rincondelvago.com/el-hierro.htmlhttp://www.arqhys.com/el-hierro.htmlhttp://74.125.113.104/search?q=cache:JEruNZQ6sHAJ:www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%25201518.pdf+AISI+1518&hl=es&ct=clnk&cd=2&gl=mxhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cuerda_de_pianohttp://www.deinfra.com.mx/normas/astm228.htmhttp://www.rmig.com/sw7272.asphttp://www.acerospalmexico.com.mx/1018.htmhttp://www.acerospalmexico.com.mx/o1.htmhttp://www.acerospalmexico.com.mx/t1.htmhttp://www.acerospalmexico.com.mx/l6.htmhttp://www.aisi.com.mx/9840.htm
Materiales no Ferrosos
Los metales no ferrosos son aquellos que incluyen elementos metálicos y aleaciones que no se basan en el hierro, algunos ejemplos son el aluminio, el cobre, el magnesio, el níquel, el zinc entre otros.
1.- Aluminio• Símbolo: Al• Número atómico: 13• Masa Atómica: 26,9815• Número de protones/electrones: 13• Número de neutrones (Isótopo 27-Al): 14• Estructura electrónica: [Ne] 3s2 3p1• Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 3• Número de oxidación: +3• Electronegatividad: 1,61• Energía de ionización (kJ.mol-1): 577• Afinidad electrónica: (kJ. mol-1): 43• Radio atómico: (pm): 143• Radio iónico (pm) (carga del ión): 53 (+3)• Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 10,67• Entalpía de vaporización: kJ.mol-1• Punto de Fusión (ºC): 660,32• Punto de Ebullición (ºC): 2519• Densidad (kg/m3: 2698,4 (20ºC)• Volumen atómico (cm3/mol): 9,999• Estructura cristalina• Color: plateado-blanco
El Aluminio es un metal moderno, con algo más de 100 años de vida, e interviene de alguna forma en todas las realizaciones y actividades de la humanidad.
Precisamente aquellas que se consideran más avanzadas técnicamente. El futuro se vislumbra también con una gran expansión de su producción, basándonos en las ventajas que ofrece su consumo.
Obtención Del Aluminio Primario
El aluminio primario se obtiene en dos etapas: • En la primera se produce la alúmina o el hidrato de alúmina se precipita del filtrado por adición de gas carbónico y, después de filtrar y lavar, el hidrato se calcina para convertirlo en alúmina. • En la segunda se obtiene el aluminio metálico por reducción electrolítica de la alúmina pura en un baño de criolita fundida. El esquema general de la producción de aluminio primario se resume en el siguiente diagrama de proceso:
0
2.- Cobre
Cobre, de símbolo Cu, es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo. El cobre es uno de los elementos de transición de la tabla periódica, y su número atómico es 29. Su punto de fusión es de 1.083 °C, mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567 °C, y tiene una densidad de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es 63,546.
Obtención del cobreEl cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Frecuentemente se encuentra agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas, aunque se han hallado masas compactas de hasta 420 toneladas. El cobre se encuentra por todo el mundo en la lava basáltica, localizándose el mayor depósito conocido en la cordillera de los Andes en Chile, bajo la forma de pórfido. Este país posee aproximadamente el 25% de las reservas mundiales conocidas de cobre y a comienzos de 1980 se convirtió en el primer país productor de este metal. Los principales yacimientos se localizan en Chuquicamata, Andina, El Salvador y El Teniente.El cobre se obtiene fundamentalmente de un mineral llamado CALCOPIRITA el que contiene grandes cantidades de cobre, azufre y fierro.
1. La calcopirita es mezclada con cal y materiales sillicos, los que son pulverizados por medio de molinos de quijadas y transferidos a una tinas estratificadoras.
2. En las tinas estratificadoras el mineral es extraído al flotar con la espuma producto de la agitación. La espuma se forma al mezclar agua con aceite y agitarlos enérgicamente.
3. El mineral extraído se pasa por un horno de tostado para eliminar el azufre. Los polvos de los gases producto del horno de tostado son capturados y procesados para obtener plata, antimonio y sulfuros.
4. Los concentrados del horno de tostado son derretidos en un horno de reverbero, en este horno se elimina el hierro en forma de escoria.
1
5. El material derretido del horno de reverbero, que se conoce como ganga, es introducido a un horno parecido al convertidos Bessemer, del cual sus gases son utilizados para obtener ácido sulfúrico y el producto de su vaciado es cobre conocido como cobre Blister, el que tiene 98% de pureza y que puede ser refinado todavía más por métodos electrolíticos.
Aplicaciones del CobreEl cobre se emplea principalmente en la conducción eléctrica y en telefonía. Para aprovechar sus propiedades eléctricas debe emplearse en estado puro, mientras que si interesa por su inalterabilidad y sus propiedades mecánicas, es conveniente utilizarlo en alguna de sus múltiples aleaciones posibles con la mayoría de los metales como el zinc, estaño, plomo, níquel, etc. Entre estas aleaciones destacan el latón, cuyos elementos aleantes son el zinc y pequeñas cantidades de otro metal. El bronce, una de las primeras aleaciones conocidas, se compone de cobre y estaño. En general, el cobre es difícil de mecanizar, es decir, conformar piezas mediante eliminación de material. No obstante, pequeñas cantidades de plomo facilitan su manipulación.La minería del cobre se caracteriza principalmente por el bajo contenido o ley de todas sus menas. Este hecho se ha ido agravando a lo largo de la prolongada historia de su explotación. Entre los países que tradicionalmente se sitúan a la cabeza de la producción mundial de cobre cabe mencionar
2
03 Latón
El latón es cualquier aleación de Cobre y Zinc (Cu-Zn) se le conoce también con la denominación de cuzin o latones.
El latón, es una aleacion que se realiza en crisoles o en un horno de reverbero o de cubilote. Las proporciones de Cobre y Zinc pueden ser variadas para crear un rango de latones con propiedades variables. En los latones industriales el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad, y la capacidad de conformación por fundicíón, forja, estampación y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos pueden transformarse en láminas de diferentes espesores, varillas o cortarse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad también depende de su composición. En general, la densidad del latón ronda entre 8,4gr / cm3 y 8,7gr / cm3
El Latón es una aleación sustitucional, la cual es usada para decoración debido a su brillo de apariencia similar al del oro, para aplicaciones donde se requiere baja fricción, tales como cerraduras, válvulas, etc. Para plomería y aplicaciones eléctricas, y extensamente en instrumentos musicales como trompetas y campanas, ademas de platillos de bajo coste (Power Beat, Paiste PST3, Planet Z) por sus propiedades acústicas
.
3
El latón ha sido conocido por los humanos desde épocas prehistóricas, incluso antes de que el mismo zinc fuese descubierto. Este se producía por la mezcla de cobre junto con calamina, una fuente natural de zinc. En las villas alemanas de Breinigerberg un antiguo sitio romano fue descubierto donde existía una mina de calamina. Durante el proceso de mezclado, el zinc es extraido de la calamina y mezclado con el cobre. El zinc puro, por otra parte tiene un bajísimo punto de fusión como para haber sido producido por las antiguas tecnicas del trabajo del metal.
4
04 Bronce
Bronce es toda aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción de entre el 3 y el 20%
.
El bronce fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre y da su nombre al período prehistórico conocido como Edad de bronce. Durante milenios fue la aleación básica para la fabricación de armas y utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han utilizado en joyería, medallas y escultura. Las monedas acuñadas con aleaciones de bronce tuvieron un protagonismo relevante en el comercio y la economía mundial.
5
Cabe destacar entre sus aplicaciones actuales su uso en partes mecánicas resistentes al roce y a la corrosión, en instrumentos musicales de buena calidad como campanas, gongs,platillos de acompañamiento, saxofones, y en la fabricación de cuerdas de pianos, arpas y guitarras.
6
7
5.- Plomo
El plomo es un elemento químico de la tabla periódica, cuyo símbolo es Pb (del Latín, Plumbum), y su número atómico es 82 según la tabla actual, ya que no formaba parte en la tabla de Mendeleyev. Este químico no lo reconocía como un elemento metálico común por su gran elasticidad molecular. Cabe destacar que la elasticidad de este elemento depende de las temperaturas del ambiente, las cuales distienden sus átomos, o los extienden. Según March, quién toma como referencia el elemento, la investigación de todos los hidrocarburos se basan en el
plomo.
El plomo es un metal pesado de densidad relativa o gravedad específica 11,4 a 16°C, de color azuloso, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad. Su fusión se produce a 327,4°C y hierve a 1.725°C. Las valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque de ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, aunque se disuelve con
8
lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas. El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico. Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos. Los cuatro isótopos naturales son, por orden decreciente de abundancia, 208, 206, 207 y 204. Se cristaliza en el sistema cúbico en forma de cara centrada invertida.
Obtención del plomoEl concentrado de plomo o GALENA contiene 65 a 68 % de plomo.
La galena es pasada por un horno de tostado para eliminar en lo posible la gran cantidad de azufre que contiene este material. Los gases del horno son procesados para obtener ácido sulfúrico y el material desufurizado pasa a un mezclador.
El concentrado producto del horno de tostado es mezclado con caliza, arena, escoria y mena de hierro, la que es pasada a un horno de sinterizado.
El material aglomerado por el horno de sinterizado se pasa a un alto horno del cual se obtiene cadmio al procesar sus gases y su producto es transferido a un tanque espumador.
En el tanque la espuma es recogida y enviada a una marmita a la que se le agrega azufre y con ello se obtiene cobre.
El sedimento del tanque espumador pasa a un horno de oxidación, también conocido como horno ablandador. La escoria de este horno contiene antimonio y arsénico. El plomo derretido se pasa a una marmita de vacío.
En la marmita de vacío se agrega zinc con el que el oro y la plata se disuelven, las aleaciones de oro y plata en la marmita flotan y se desnatan para ser pasadas a un horno de retorta del cual se recupera el zinc por medio de un condensador y el oro y la plata por medio de un baño electrolítico.
El plomo derretido pasa a la cámara de vacío luego derramado en una marmita a la que se agrega sosa cáustica de la cual se obtiene el plomo de gran calidad.
Aplicación del Plomo
9
Uno de los usos importantes es para revestimientos, serpentines, válvulas, etc. También se utiliza para transportar y almacenar soluciones de alumbre. El plomo tiene una resistencia excelente a las soluciones de sales comunes, al aire de las costas marinas, por eso se emplea para tuberías de transporte de aguade mar en barcos y para grandes acuarios.
Se usa también bajo las maquinarias y los edificios para reducir vibraciones. El plomo y sus aleaciones se laminan muy fácilmente hasta lograr cualquier espesor por eso es ideal para empaquetaduras. Por su flexibilidad y escasa resistencia al desplazamiento plástico.Se usa en martillos cuando hay que tener mucho cuidado en no dañar la pieza trabajada.La lámina de plomo sirve como material para pisos de galvanoplastia y la fabricación de productos químicos donde los derrames de ácidos estropearían los pisos de hormigón.
10
06 Antimonio
Este elemento semimetálico tiene cuatro formas alotrópicas. Su forma estable es un metal blanco azulado. El antimonio negro y el amarillo son formas no metálicas inestables. Principalmente se emplea en aleaciones metálicas y algunos de sus compuestos para dar resistencia contra el fuego, en pinturas, cerámicas, esmaltes, vulcanización del caucho y fuegos artificiales.
El antimonio tiene una creciente importancia en la industria de semiconductores en la producción de diodos, detectores infrarrojos y dispositivos de efecto Hall.
Usado como aleante, este semimetal incrementa mucho la dureza y fuerza mecánica del plomo. También se emplea en distintas aleaciones como peltre, metal antifricción (aleado con estaño), metal inglés (formado por zinc y antimonio), etc.
11
Algunas aplicaciones más específicas:
baterías y acumuladores tipos de imprenta recubrimiento de cables cojinetes y rodamientos
Compuestos de antimonio en forma de óxidos, sulfuros, antimoniatos y halogenuros de antimonio se emplean en la fabricación de materiales resistentes al fuego, esmaltes, vidrios, pinturas y cerámicas. El trióxido de antimonio es el más importante y se usa principalmente como retardante de llama. Estas aplicaciones como retardantes de llama comprenden distintos mercados como ropa, juguetes, o cubiertas de asientos.
12
07 Cuproníquel
El cuproníquel es una aleación de cobre al 70%, níquel al 30% y una pequeña cantidad de impurezas, tales como el hierro y el manganeso, que le hacen más resistente. El cuproníquel presenta una buena resistencia a la corrosión. No se corroe; por ejemplo, con el agua del mar, razón por la que se usa mucho en equipamiento marino (hélices, ejes, cascos, etc).
Esta aleación se ha usado muy extensamente también para hacer monedas de curso legal. Ejemplos de monedas de cuproniquel son las de 1 o 2 euros o la de 25 céntimos de peseta. el cuproníquel también se usa mucho en la fabricación de condensadores y aparatos de destilación.
13
14
8.- NíquelDe símbolo Ni, es un elemento metálico magnético, de aspecto blanco plateado, utilizado principalmente en aleaciones. Es uno de los elementos de transición del sistema periódico y su número atómico es 28. Durante miles de años el níquel se ha utilizado en la acuñación de monedas en aleaciones de níquel y cobre, pero no fue reconocido como sustancia elemental hasta el año 1751, cuando el químico sueco Axel Frederic Cronstedt consiguió aislar el metal de una mena de niquelita.El níquel es un metal duro, maleable y dúctil, que puede presentar un intenso brillo. Tiene propiedades magnéticas por debajo de 345 °C. Aparece bajo cinco formas isotópicas diferentes. El níquel metálico no es muy activo químicamente. Es soluble en ácido nítrico diluido, y se convierte en pasivo (no reactivo) en ácido nítrico concentrado. No reacciona con los álcalis. Tiene un punto de fusión de 1.455 °C, un punto de ebullición de 2.730 °C y una densidad de 8,9 g/cm3. Su masa atómica es 58,69.El níquel aparece en forma de metal en los meteoritos. También se encuentra, en combinación con otros elementos, en minerales como la garnierita, milerita, niquelita, pentlandita y pirrotina, siendo estos dos últimos las principales menas del níquel. Ocupa el lugar 22 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre.
Obtención del NíquelEl níquel aparece en forma de metal en los meteoritos junto con el hierro (formando aleaciones kamacita y taenita) y se encuentran en el núcleo de la Tierra junto con el mismo metal. Las minas de níquel contienen generalmente impurezas, sobre todo de cobre. Las menas de sulfuros, como las de pentlandita y pirrotina niquelífera se suelen fundir en altos hornos y se envían en forma de matas de sulfuro de cobre y níquel a las refinerías, en donde se extrae el níquel mediante procesos diversos. En el proceso electrolítico, el níquel se deposita en forma de metal puro, una vez que el cobre ha sido extraído por deposición a un voltaje distinto y con un electrólito diferente. En el proceso de Mond, el cobre se extrae por disolución en ácido sulfúrico diluido, y el residuo de níquel se reduce a níquel metálico impuro. Al hacer pasar monóxido de carbono por el níquel impuro se forma carbonilo de níquel (Ni(CO)4), un gas volátil. Este gas, calentado a 200 °C, se descompone, depositándose el níquel metálico puro.
15
Aplicación del NíquelAproximadamente el 65% del níquel consumido se emplea en la fabricación de acero inoxidable autentico y otro 12% en súper aleaciones de níquel. El restante 23% se reparte entre otras aleaciones, baterías recargables, catálisis, acuñación de moneda, recubrimientos metálicos y fundición:
Alnico, aleación para imanes La mu-metal se usa para apantallar campos magnéticos por su elevada
permeabilidad magnética. La aleación níquel-cobre (monel) son muy resistentes a la corrosión,
utilizándose en motores marinos e industria química. La aleación níquel-titanio (nitinol-55) presenta el fenómeno de memoria de
forma y se usa en robótica, también existen aleaciones que presentan súper plasticidad.
Crisoles de laboratorios químicos. Níquel Raney: catalizador de la hidrogenación de aceites vegetales
09 Estaño.
16
El estaño es un elemento químico de número atómico 50 situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Sn.
Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente con el aire y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones forma la peste del estaño. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido característico llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales que la componen.
El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: El estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 ºC, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 ºC.
Características del estañoEs un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente con el aire y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones forma la peste del estaño. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido característico llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales que la componen.El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: El estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 ºC, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 ºC.
17
Aplicaciones
Se usa como revestimiento protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva.
Su uso también es de disminuir la fragilidad del vidrio. Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentifrícos
(SnF2) y pigmentos. Se usa para hacer bronce, aleación de estaño y cobre. Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo. Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de los
órganos musicales. En etiquetas Recubrimiento de acero.
18
El estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño (IV))en donde se presenta como óxido. y también en el cobre. Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal.
Su aleación con plomo (50% plomo y 50% estaño) forma la soldadura, utilizado para soldar conductores electrónicos, por su baja temperatura de fusión, que lo hace ideal para esa aplicación ya que facilita su fundición y disminuye las probabilidades de daños en los circuitos y piezas electrónicas. También participa en el bronce.
19
AplicacionesSe usa como revestimiento protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva. Su uso también es de disminuir la fragilidad del vidrio. Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentifrícos (SnF2) y pigmentos. Se usa para hacer bronce, aleación de estaño y cobre. Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo. Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de los órganos musicales. En etiquetas Recubrimiento de acero.
ObtenciónEl estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño (IV))en donde se presenta como óxido. y también en el cobre. Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal.
20
10 Wolframio
El wolframio o volframio (también llamado tungsteno en el mundo anglosajón) es un elemento químico de número atómico 74 que se encuentra en el grupo 6 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es W.
Metal escaso en la corteza terrestre, se encuentra en forma de óxido y de sales en ciertos minerales. De color gris acerado, muy duro y denso, tiene el punto de fusión más elevado de todos los metales y el punto de ebullición más alto de todos los elementos conocidos. Se usa en los filamentos de las lámparas incandescentes, en electrodos no consumibles de soldaduras, en resistencias eléctricas y, aleado con el acero, en la fabricación de aceros especiales.
Su variedad de carburo de Tungsteno sinterizado se emplea para fabricar herramientas de corte.Esta variedad absorbe más del 60% de la demanda mundial de Wolframio.
El Wolframio es un material estratégico y ha estado en la lista de productos más codiciados desde la segunda guerra mundial. Por ejemplo el gobierno de Estados Unidos mantiene unas reservas nacionales de 6 meses junto a otros productos considerados de primera necesidad para su supervivencia
Este metal es fundamental para entender las sociedades modernas. Sin él no se podrían producir de una forma económica todas las máquinas que nos rodean y las cosas que se pueden producir con ellas. Tan importante como desconocido.
21
22
1.2.- MATERIALES PUROS
Cuando se habla de los materiales puros, se deben tener en cuenta dos grandes clasificaciones:
a) LOS MATERIALES PUROS CONSIDERADOS EN LA TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS QUIMICOS, CONSIDERADOS COMO LOS MAS PUROS.
b) Y Cualquier otra sustancia considerada dentro de una pureza en contenidos de 99.99% de pureza, es decir con apenas el 0.01% de impurezas.
23
De cualquier forma cuando se tiene una sustancia cualquiera y esta contiene algunas otras la pureza de cada material será la que de la pureza de la materia en su totalidad.
Ejemplo:
Si se tiene un material como la sal NaCl esta puede ser considerada como grado QP, Químicamente Puro, cumpliendo con los requisitos de ser casi 100%, pero si es una sal que se ha obtenido del mar, seguramente estará acompañada de otros elementos que se encuentran en esta agua, como K, Mg, I...etc. La pureza de los materiales se basara en la calidad del proceso de purificación, y este en muchas ocasiones es muy costoso, por eso los materiales tienen esta relación de costo:
MÁS PUREZA TENDRA MAYOR COSTO.
También es posible considerar que se puede tener una material muy puro y este puede estar en contacto con algún material que lo contamina, en esas circunstancias el material original se vuelve impuro, tal puede ser el caso de agua potable, en sistemas de red de distribución domestica, por ejemplo esta red es manejada con bombas y están manejas ciertos líquidos orgánicos por ejemplo lubricantes y combustibles y no se tiene la separación de los mismos, puede ser la red contaminada con ellos, en ese momento el material se vuelve impuro.
LA OBTENCION DE LOS MATERIALES PUROS.
La mayor parte de los materiales que se encuentran en la naturaleza requieren de algún proceso para su uso, y estos dependiendo de la clase pueden ser usados en forma natural, los que dependiendo de su origen pueden tener esa calidad de pureza natural, pero finalmente la mayoría son sustancias compuestas, para obtener materiales puros, como ya se dijo es necesario establecer procesos de purificación.
24
La pureza de los metales se debe al proceso de refinación de los mismos que utilizan las plantas metalúrgicas, los metales al igual que muchos elementos químicos en la naturaleza se encuentran acompañados de otros similares, de su grupo, de acuerdo a la tabla periódica de los elementos, para poder separarlos deben utilizarse procesos de separación y cuando estos procesos deben dar como resultado un metal casi 100%, este resulta muy costoso. Por ejemplo en la obtención de Plomo, se obtienen otros metales como subproductos, que vienen en el mismo mineral de plomo, como son: PLATA, ORO, BISMUTO, CADMIO, COBRE...ETC. En este punto es importante considera que CUANTO MAS PURO ES UN MATERIAL MAYOR SERA SU COSTO, PERO MEJOR SERA EL SERVICIO QUE PRESTE Y EN LO GENERAL SI SE TIENEN MATERIALES DE INMEJORABLE CALIDAD SE PUEDE DECIR QUE SE TENDRA UNA MEJOR CALIDAD DE VIDA PARA EL SER HUMANO.
Mineral de cobreEsta muestra contiene dos tipos importantes de minerales de cobre: calcopirita (a la izquierda) y bornita (a la derecha). Los minerales de cobre se encuentran en todo el mundo, pero el bajo porcentaje de metal obtenido del mineral y la inaccesible situación de los depósitos hacen que las minas sean poco lucrativas. El cobre es el segundo metal más utilizado en el mundo y es valorado por su conductividad, maleabilidad, resistencia a la corrosión, y por su belleza.
25
Plata en estado puroLa plata, un metal blanco y blando en estado puro, suele darse en la naturaleza asociado con otras menas de metales. La mayoría de la plata que se obtiene hoy se extrae conjuntamente con plomo y cobre, como un subproducto. Las minas de Kongsberg en Noruega son célebres por sus especímenes de alambres de plata pura, como el que aparece en la fotografía.
11 Oro
Es un metal de transición blando, brillante, amarillo, pesado, maleable, dúctil (trivalente y univalente) que no reacciona con la mayoría de productos químicos, pero es sensible al cloro y al agua regia. El metal se encuentra normalmente en estado puro y en forma de pepitas y depósitos aluviales y es uno de los metales tradicionalmente empleados para acuñar monedas. Se utiliza en la joyería, la industria y la electrónica.
26
El oro puro o de 24k es demasiado blando para ser usado normalmente y se endurece aleándolo con plata y/o cobre, con lo cual podrá tener distintos tonos de color o matices. El oro y sus muchas aleaciones se emplean bastante en joyería, fabricación de monedas y como patrón monetario en muchos países.
El oro se conoce y se aprecia desde tiempos remotos, no solamente por su belleza y resistencia a la corrosión, sino también por ser más fácil de trabajar que otros metales y menos costosa su extracción. Debido a su relativa rareza, comenzó a usarse como moneda de cambio y como referencia en las transacciones monetarias internacionales. Hoy por hoy, los países emplean reservas de oro puro en lingotes que dan cuenta de su riqueza, véase patrón oro.
En joyería fina se denomina oro alto o de 18k aquél que tiene 18 partes de oro por 6 de otro metal o metales (75% en oro), oro medio o de 14k al que tiene 14 partes de oro por 10 de otros metales (58,33% en oro) y oro bajo o de 10k al que tiene 10 partes de oro por 14 de otros metales (41,67% en oro). El oro alto es muy brillante, pero es caro y poco resistente; el oro medio es el de más amplio uso en joyería, ya
27
que es menos caro que el oro alto y más resistente, y el oro bajo es el más simple en joyería.
Debido a su buena conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión, así como una buena combinación de propiedades químicas y físicas, se comenzó a emplear a finales del siglo XX como metal en la industria. En joyería se utilizan diferentes aleaciones para obtener diferentes colores, a saber:
Oro amarillo = 1000 g de oro amarillo tienen 750 g de oro, 125 g de plata y 125 g de cobre.
Oro rojo = 1000 g de oro rojo contienen 750 g de oro y 250 g de cobre. Oro rosa = 1000 g de oro rosa contienen 750 g de oro, 50 g de plata y 200
g de cobre. Oro blanco = 1000 g de oro blanco tienen 750 g de oro y 160 g de paladio y
90 g de plata. Oro gris = 1000 g de oro gris tienen 750 g de oro, alrededor de 150 g de
níquel y 100 g de cobre. Oro verde = 1000 g de oro verde contienen 750 g de oro y 250 g de plata.
El oro ejerce funciones críticas en computadoras, comunicaciones, naves espaciales, motores de aviones a reacción y otros muchos productos.
Su alta conductividad eléctrica y resistencia a la oxidación ha permitido un amplio uso como capas delgadas electrodepositadas sobre la superficie de conexiones eléctricas para asegurar una conexión buena, de baja resistencia.
Como la plata, el oro puede formar fuertes amalgamas con el mercurio que a veces se emplea en empastes dentales.
El oro coloidal (nanopartículas de oro) es una solución intensamente coloreada que se está estudiando en muchos laboratorios con fines médicos y biológicos. También es la forma empleada como pintura dorada en cerámicas.
El ácido cloroaúrico se emplea en fotografía. El isótopo de oro 198Au, con un periodo de semidesintegración de 2,7 días, se
emplea en algunos tratamientos de cáncer y otras enfermedades.
28
Se emplea como recubrimiento de materiales biológicos permitiendo ser visto a través del microscopio electrónico de barrido (SEM).
Se emplea como recubrimiento protector en muchos satélites debido a que es un buen reflector de la luz infrarroja.
En la mayoría de las competiciones deportivas es entregada una medalla de oro al ganador, entregándose también una de plata al subcampeón y una de bronce al tercer puesto.
Se ha iniciado su uso en cremas faciales o para la piel. Se utiliza para la elaboración de flautas transversales finas debido a que se
calienta con mayor rapidez que otros materiales facilitando la interpretación del instrumento.
Aleaciones ferrosas y no ferrosas
Las aleaciones son productos homogéneos de propiedades metálicas de dos o más elementos. Estas aleaciones pueden ser ferrosas y no ferrosas. Las aleaciones ferrosas son aquellas que contienen un porcentaje muy alto de
29
hierro, como el acero o los hierros fundidos y las aleaciones no ferrosas son aquellas que carecen de hierro o tienen un bajo nivel de este.
Las aleaciones ferrosas se dividen en tres grupos principales: Aceros simple que suelen clasificarse mediante los sistemas AISI y SAE los cuales usan una cantidad de cuatro o cinco dígitos. Los dos primeros se refieren a los dos elementos de aleación más importantes y los dos o tres últimos números indican el porcentaje de Carbono. Aceros inoxidables y Hierros fundidos (fundición de hierro blanco o gris, hierro dúctil, hierro maleable. Los metales no ferrosos que más se aplican en el ámbito industrial son el cobre y sus aleaciones: el aluminio, el plomo, el estaño y el cinc. El mercurio y el volframio, se aplican en ámbitos industriales muy específicos. Los demás metales es raro que se empleen en un estado puro, más bien se presentan por medio de aleaciones como el níquel, el cromo, el titanio o el manganeso. Tomando en cuenta su densidad, los metales no ferrosos se pueden clasificar en:Pesados: Cobre, plomo, cinc, estaño, níquel, cromo, mercurio, volframio, bronce.Ligeros: Aluminio, titanio Ultraligeros: Magnesio
30
1.4.- MATERIALES ORGANICOS E INORGANICOS.
MATERIALES ORGANICOS.- Son todos aquellos materiales que contienen principalmente carbono, y que pueden ser derivados de productos naturales o bien que alguna vez tuvieron vida. El elemento importante de estos materiales los es el CARBONO #A 6 Y PA 12, tiene un Pf 3550oC y un P-ebullicion de 4830oC.
El petróleo es un producto orgánico que se obtuvo de la descomposición de materiales naturales, este proporciona una gran cantidad de Hidrocarburos llamados.ALCANOS, ALQUENOS, ALQUINOS, TAMBIEN COMPUESTOS COMO ALCOHOLES, ALDEHIDOS, CETONAS, ACIDOS. COMPUESTOS DE CADENA CERRADA O CICLICOS O AROMATICOS COMO EL BENCENO Y OTROS SIMILARES A LOS DE CADENA ABIERTA.
Los derivados del petróleo son GASES, GASOLINAS, ACEITES, ACEITES PESADOS, GRASAS Y ASFALTOS.
Existen una gran cantidad de materiales dentro de las siguientes ramas de la industria:
ALIMENTICIA, POLIMEROS, MEDICINAS, AGROINDUSTRIAS...ETC.ALGUNOS OTROS MATERIALES ORGANICOS SON: Se les denomina así cuando contienen células animales o vegetales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como los alcoholes y los tretracloruros. No se disuelven en agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son: plásticos productos del petróleo: gasolina y queroseno madera papel hule piel ¿Qué son los aditivos alimentarios y por qué son necesarios? “cualquier sustancia, que,
31
normalmente, no se consuma como alimento en sí, ni se use como ingrediente característico en la alimentación. Algunos aditivos alimentarios ayudan a mantener los alimentos frescos y saludables.
Antioxidantes: Evitan la oxidación de los alimentos e impiden el enranciamiento y la decoloración. Se usan en:Productos horneados, cereales, grasas y aceites, y en aderezos para ensaladas. POLIMEROS. Polímetros provienen del petróleo. Un 4% se convierte en plástico después de un proceso de “cracking” y “reforming”, se tienen las moléculas simples: etileno y benceno Son moléculas lineales o ramificadas, formadas por la repetición de grupos funcionales (monómeros) que se componen de C, H, O, N Proteínas Macromoléculas de alto peso molecular formadas por cientos de unidades de aminoácidos unidos por un enlace llamado peptídico. Ejemplos: Albúmina (proteína del huevo) Gelatina (extraída de uniones de Queratina (cabello y unas) Polímetros naturales. Enzimas Proteínas cuya función es de catalizador (acelera o retrasa una reacción) es de vital importancia para todos los sistemas vivos Ejemplos: Urbaza (encima que actúa sobre la urea que es un producto de desecho de metabolización) Pepsina, Tripsina (actúa en el proceso de digestión. Hormonas. Substancias químicas producidas por el organismo para controlar numerosas funciones corporales.
Ejemplos: Insulina: hormona secretada por el páncreas, regula el contenido de azúcar En la sangre. Oxitosina: hormona secretada por la glándula pituitaria en la base del cerebro. Azucares y almidones. Son carbohidratos que se encuentran en alimentos, el cuerpo los convierte en: Glucosa. Azúcar en la sangre y fuente de energía para el cuerpo. Amilasa: enzima que tiene funcione digerir glicógeno y almidón para formar azucares. Grasas y aceites.
32
Las grasas son materiales oleaginosos que están en estado solidó y los aceites están en estado liquido a temperatura ambiente. Ejemplos: Helados Chocolate Mayonesa quesos
Fibras naturales. Se clasifican en: Fibras animales: resistentes a la acción de minerales como: (H2S O4) algunas bases como (NaOH) las disuelven por completo Fibras vegetales: son resistentes a los cáliz, ácidos orgánicos, los ácidos minerales las destruyen. Fibras minerales: la fibra de vidrio es la única de origen inorgánico (mineral) se utiliza en tejidos corrientes.
Polímetros naturales Esta formada por moléculas de tamaño normal o gigantes. Como el hule del árbol del mismo nombre.Polímetros naturales de gran significación comercial. Algodón: formado por fibra celulosa.
Modo de empleo: telas y papel.La seda es una poliamida semejante al nylon. 3. La lana: proteína del pelo de ovejas. 4. El hule: de los árboles de hevea, y de los arbustos guayule. CAUCHO Se obtiene del árbol. Por medio de un tratamiento sistemático de “sangrado”. Se extrae haciendo un corte en forma de Angulo a través de la corteza. Producto de desecho del árbol Producido en el protoplasma por reacciones bioquímicas de polimerización.
DNA Se encuentra en la mayoría de los organismos vivos (excepto en virus) Esta hecho de residuos en el núcleo de células vivas. Toma su nombre del azúcar contenido en su columna vertical (desoxirribosa.
RNA Llamado acido ribonucleico. Principal material genético usado en los organismos llamados virus. Tiene una columna vertebral de azúcar y fosfato, con
33
bases nucleicas atadas a ella. Es importante en la producción de proteínas en otros organismos vivos.MATERIALES INORGANICOS.- Estos materiales son aquellos que en su mayoría no tienen carbono o si se encuentra en su estructura contienen muy poco. Destacan dentro de esta clasificación los MATERIALES INORGANICOS NO METALICOS, COMO SON.LOS SILICATOS QUE SON LA BASE DE ALGUNAS CERAMICAS Y VIDRIOS, TAMBIEN LOS PRODUCTOS DE YESO, O ARCILLA, CAOLIN, LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION CON BASE EN ESTOS SON EL CEMENTO, CONCRETO, BLOCK, LADRILLLO Y ADOBE. Los materiales refractarios también son una gama importante de estos materiales.CERAMICOS.- Materiales Inorgánicos no metálicos, de C, O, N, B, y Silicio. Normalmente unidos de forma iónica y covalente. Tienen puntos de fusión altos, son muy resistentes, duros y tienen escasa conductividad térmica y eléctrica, también son refractarios.
Inorgánico
Desde un punto de vista etimológico, inorgánico significa desprovisto de vida. En química se denominó así a los compuestos (y por extensión a la rama de esta ciencia que los estudiaba) procedentes del mundo mineral, en contraposición a aquéllos obtenidos a partir de los seres vivos, animales o vegetales, en la creencia errónea de que ambos tipos de compuestos eran mutuamente incompatibles.
34
La síntesis, a principios del siglo XIX, de un compuesto orgánico (la urea) a partir de substancias inorgánicas echó abajo estos criterios, pero por tradición histórica se ha venido manteniendo esta división tradicional de la química en las dos grandes ramas de la química inorgánica y la química orgánica. Claro está que ha sido preciso revisar la diferenciación entre ambas: A grandes rasgos, se puede decir que la química orgánica es la relativa a los compuestos de carbono, mientras la química inorgánica abarcaría al resto.
Evidentemente, esta división tampoco es precisa. Algunos compuestos de carbono, tales como los carbonatos, los dos óxidos de carbono, el grafito o el diamante, no pueden ser más minerales, y por lo tanto inorgánicos. Sin embargo, otra substancia claramente mineral como es el petróleo es una de las principales fuentes de productos orgánicos. Por otro lado, hay compuestos orgánicos (como los freones) que incorporan en sus moléculas átomos de elementos, como el flúor o el cloro, típicos de la química inorgánica, y finalmente existe una importante familia de substancias (los organometálicos) a caballo entre ambas categorías, ya que cuentan con una parte orgánica y otra metálica en sus moléculas.
En general, puede resumirse esta definición diciendo que los materiales inorgánicos son aquéllos en los que, por lo general, no está presente el carbono, salvo en los casos ya citados de los carbonatos, el monóxido y el dióxido de carbono, el diamante, el grafito o los fulerenos. Típicos materiales inorgánicos son las sales, los metales, los gases atmosféricos (oxígeno, nitrógeno, gases nobles), los ácidos más conocidos (sulfúrico, clorhídrico, nítrico, fosfórico), los hidróxidos, el agua, los halógenos (flúor, cloro, bromo y yodo), el azufre, el silicio, y algunos otros compuestos comunes como el amoníaco y los óxidos de azufre y nitrógeno, entre muchos otros.
35
Hasta ahora, y salvo los casos de compuestos orgánicos muy sencillos como el metano, fuera de nuestro planeta tan sólo se han encontrado materiales inorgánicos. Algunos astros como la Luna, Mercurio o Marte son rocosos. Ío, el cuerpo más volcánico del Sistema Solar, posee grandes cantidades de los materiales típicos de los volcanes, muy enriquecidos en azufre. Otros están recubiertos de hielo, como los otros tres satélites galileanos de Júpiter o los de los otros planetas gigantes. Los planetas gigantes son enormes bolas de gases (principalmente hidrógeno y helio) comprimidas hasta valores inimaginables, y el Sol tiene una composición química similar con la excepción de que en su seno tienen lugar procesos de fusión nuclear.
En lo que respecta a los cuerpos menores, los cometas (y también probablemente los asteroides transneptunianos) son fundamentalmente bolas de hielo sucio, aunque en sus colas se han detectado diversos compuestos orgánicos sencillos. Existen varios tipos diferentes de asteroides: Rocosos, metálicos y un tercer grupo conocido con el nombre de condríticos, los cuales poseen también compuestos orgánicos sencillos. Pero la complejidad de la química orgánica existente en nuestro planeta tan sólo se puede justificar por la existencia en él de vida, razón por la que no es de extrañar que se trate de un caso único en todo el Sistema Solar.
36
Diamante RegentEl diamante está considerado como la sustancia más dura de la Tierra. Es carbón puro comprimido en una estructura cristalina cúbica compacta. Los diamantes brillantes tienen un índice de refracción alto. La luz que entra en un cristal tallado puede salir por la misma cara dando una impresión falsa de brillo. Se producen destellos de luz coloreados en un diamante cuando la luz se descompone en colores.
Materiales Inorgánicos
Silicatos Vidrio Cemento
Volver al Indice
Silicatos
Son una familia de Compuestos cuya unidad estructural es el SiO44- el cual tiene
una geometría tetraédrica, en la cual un átomo de Silicio se encuentra en el centro y los átomos de Oxígeno en los vértices (Ver Diagrama).
Si se protona completamente el ión SiO44- se obtiene ácido silícico el cual se
convierte en SiO2.2H2O.
La Clasificación de los Silicatos es la siguiente:
Ortosilicatos: Son los que contienen iones SiO44-.
Sorosilicatos: Conjuntos de 2 a 6 unidades tetraedricas unidos en forma lineal mediante iones de oxígeno comunes. Diagrama.
Ciclosilicatos: Silicatos en los que las unidades forman anillos de tres y seis tetraedros. Diagrama.
37
Inosilicatos: Silicatos en los cuales los tetraedros forman filamentos de longitud indefinida. Diagrama.
Filosilicatos: Silicatos en los cuales se forman láminas compuestas de tetraedros. Diagrama.
Tectosilicatos: Las unidades tetraedricas forman una estructura tridimensional.
Volver al Indice
Vidrio
Los Vidrios son materiales que habiendo sido fundidos previamente se hacen rígidos sin cristalizar durante el proceso de enfriamiento. En cierta forma, el Vidrio se asemeja a un líquido sub-enfriado.
Las estructuras vítreas se producen uniendo los tetraedros de sílice u otros grupos iónicos para formar una estructura reticular no cristalina.
Los Vidrios de Silicato son los vidrios más usados. La Sílice fundida, formada a partir de SiO2 puro se mezcla con óxidos "formadores de vidrio" tales como PbO, Al2O3 y "modificadores" (desvitrificadores) tales como CaO y Na2O.
Los Vidrios no silicáticos se pueden producir a partir de BeF2, GeO2, B2O3. Algunos vidrios se producen combinando SiO2 y B2O3
01 Vidrio.
El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura suficiente, y para ello el aire de combustión se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de que llegue a los quemadores. El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian cada veinte minutos: uno se calienta por contacto con los gases ardientes mientras el otro proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1.500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1.200 a 800 °C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación (como en el esquema superior) o por otro método.
38
También se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcánico, o en los enigmáticos objetos conocidos como tectitas. El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido , sino que se halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica.
El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante diversas técnicas. En frío, puede ser tallado. A bajas temperaturas es quebradizo y se rompe con fractura concoidea (en forma de concha de mar).
Materiales y técnicas
El ingrediente principal del vidrio es la sílice, obtenida a partir de arena, pedernal o cuarzo.
Composición y propiedades
La sílice se funde a temperaturas muy elevadas para formar vidrio. Como éste tiene un elevado punto de fusión y sufre poca contracción y dilatación con los cambios de temperatura, es adecuado para aparatos de laboratorio y objetos
39
sometidos a choques térmicos (deformaciones debidas a cambios bruscos de temperatura), como los espejos de los telescopios. El vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad, por lo que resulta práctico para el aislamiento térmico y eléctrico. En la mayoría de los vidrios, la sílice se combina con otras materias primas en distintas proporciones. Los fundentes alcalinos, por lo general carbonato de sodio o potasio, disminuyen el punto de fusión y la viscosidad de la sílice. La piedra caliza o la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) actúa como estabilizante. Otros ingredientes, como el plomo o el bórax, proporcionan al vidrio determinadas propiedades físicas.
Vidrio soluble y vidrio sodocálcico
El vidrio de elevado contenido en sodio que puede disolverse en agua para formar un líquido viscoso se denomina vidrio soluble y se emplea como barniz ignífugo en ciertos objetos y como sellador. La mayor parte del vidrio producido presenta una elevada concentración de sodio y calcio en su composición; se conoce como vidrio sodocálcico y se utiliza para fabricar botellas, cristalerías de mesa, bombillas (focos), vidrios de ventana y vidrios laminados.
40
Vidrio al plomo
El vidrio fino empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal es el resultado de fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutería. Como el plomo absorbe la radiación de alta energía, el vidrio al plomo se utiliza en pantallas para proteger al personal de las instalaciones nucleares.
Vidrio de borosilicato
Este vidrio contiene bórax entre sus ingredientes fundamentales, junto con sílice y álcali. Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas
41
temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos.
Obtención Vidrio
Según su composición, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en cambio, otros necesitan 1.650 ºC. La resistencia a la tracción, que suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm2, puede llegar a los 70.000 N/cm2 si el vidrio recibe un tratamiento especial. La densidad relativa (densidad con respecto al agua) va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho.
Vidrio soplado
Fabricación artesanal de recipientes de vidrio soplado. A la izquierda se aprecia una silla con un soporte para la caña de soplar. Conseguida la forma en bruto, se pellizca el material con unas pinzas para dar la forma final al vidrio fundido.
42
Mezcla y fusión
Después de una cuidadosa medida y preparación, las materias primas se mezclan y se someten a una fusión inicial antes de aplicarles todo el calor necesario para la vitrificación. En el pasado, la fusión se efectuaba en recipientes de arcilla (barro) que se calentaban en hornos alimentados con madera o carbón. Todavía hoy se utilizan recipientes de arcilla refractaria, que contienen entre 0,5 y 1,5 toneladas de vidrio, cuando se necesitan cantidades relativamente pequeñas de vidrio para trabajarlo a mano. En las industrias modernas, la mayor parte del vidrio se funde en grandes calderos, introducidos por primera vez en 1872. Estos calderos pueden contener más de 1.000 toneladas de vidrio y se calientan con gas, fuel-oil o electricidad. Las materias primas se introducen de forma continua por una abertura situada en un extremo del caldero y el vidrio fundido, afinado y templado, sale por el otro extremo. En unos grandes crisoles o cámaras de retención, el vidrio fundido se lleva a la temperatura a la que puede ser trabajado y, a continuación, la masa vítrea se transfiere a las máquinas de moldeo.
Moldeado
Los principales métodos empleados para moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado y el laminado. Todos estos procesos son antiguos, pero han sufrido modificaciones para poder producir vidrio con fines industriales. Por ejemplo, se han desarrollado procesos de colado por centrifugado en los que el vidrio se fuerza contra las paredes de un molde que gira rápidamente, lo que permite obtener formas precisas de poco peso, como tubos de televisión. También se han desarrollado máquinas automáticas para soplar el vidrio.
43
Vidrio tensionado
Es posible añadir tensiones de modo artificial para dar resistencia a un artículo de vidrio. Como el vidrio se rompe como resultado de esfuerzos de tracción que se originan con un mínimo arañazo de la superficie, la compresión de ésta aumenta el esfuerzo de tracción que puede soportar el vidrio antes de que se produzca la ruptura. Un método llamado temple térmico comprime la superficie calentando el vidrio casi hasta el punto de reblandecimiento y enfriándolo rápidamente con un chorro de aire o por inmersión en un líquido. La superficie se endurece de inmediato, y la posterior contracción del interior del vidrio, que se enfría con más lentitud, tira de ella y la comprime. Con este método pueden obtenerse compresiones de superficie de hasta 24.000 N/cm2 en piezas gruesas de vidrio. También se han desarrollado métodos químicos de reforzamiento en los que se altera la composición o la estructura de la superficie del vidrio mediante intercambio iónico. Este método permite alcanzar una resistencia superior a los 70.000 N/cm2..
Usos
Botellas y recipientes
Las botellas, tarros y otros recipientes de vidrio se fabrican mediante un proceso automático que combina el prensado (para formar el extremo abierto) y el soplado (para formar el cuerpo hueco del recipiente). En una máquina típica para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un molde estrecho invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo inferior del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. Después, un desviador desciende sobre la parte superior del molde, y un chorro de aire que viene desde abajo y pasa por el cuello da la primera forma a la botella. Esta botella a medio formar se sujeta por el cuello, se invierte y se pasa a un segundo molde de acabado, en la que otro chorro de aire le da sus dimensiones finales. En otro tipo de máquina que se utiliza para recipientes de boca ancha, se prensa el vidrio en un molde con un pistón antes de soplarlo en un molde de acabado. Los tarros de poco fondo, como los empleados para cosméticos, son prensados sin más.
44
Vidrio óptico
La mayoría de las lentes que se utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico (Véase Óptica). Éste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas, estrías causadas por la falta de homogeneidad química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, y las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan también a las cualidades ópticas.
En la antigüedad, el vidrio óptico se fundía en crisoles durante periodos prolongados, removiéndolo constantemente con una varilla refractaria. Después de un largo recocido, se partía en varios fragmentos; los mejores volvían a ser triturados, recalentados y prensados con la forma deseada. En los últimos años se ha adoptado un método para la fabricación continua de vidrio en tanques revestidos de platino, con agitadores en las cámaras cilíndricas de los extremos (llamadas homogeneizadores). Este proceso produce cantidades mayores de vidrio óptico, con menor coste y mayor calidad que el método anterior. Para las lentes sencillas se usa cada vez más el plástico en lugar del vidrio. Aunque no es tan duradero ni resistente al rayado como el vidrio, es fuerte y ligero y puede absorber tintes.
45
Vidrio fotosensible
En el vidrio fotosensible, los iones de oro o plata del material responden a la acción de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este vidrio se utiliza en procesos de impresión y reproducción, y su tratamiento térmico tras la exposición a la luz produce cambios permanentes.
El vidrio fotocromático se oscurece al ser expuesto a la luz tras lo cual recupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la acción de la luz sobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de plata distribuidos por todo el vidrio. Es muy utilizado en lentes de gafas o anteojos y en electrónica.
Fibra de vidrio
Es posible producir fibras de vidrio —que pueden tejerse como las fibras textiles— estirando vidrio fundido hasta diámetros inferiores a una centésima de milímetro. Se pueden producir tanto hilos multifilamento largos y continuos como fibras cortas de 25 o 30 centímetros de largo.
46
Una vez tejida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un excelente material para cortinas y tapicería debido a su estabilidad química, solidez y resistencia al fuego y al agua. Los tejidos de fibra de vidrio, sola o en combinación con resinas, constituyen un aislamiento eléctrico excelente. Impregnando fibras de vidrio con plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez y estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del plástico. Otras fibras de vidrio muy útiles son las empleadas para transmitir señales ópticas en comunicaciones informáticas y telefónicas mediante la nueva tecnología de la fibra óptica, en rápido crecimiento.
47
Cemento
El Cemento Portland se fabrica al mezclar arcillas (que son silicatos), caliza y algunos componentes menores. Estos se cuecen a 1700 °C para formar una escoria de silicatos.
Tanto el Ca2SiO4 como el Ca3SiO5 son componentes importantes del cemento como lo son los análogos del aluminio que se forman a partir del contenido de aluminio de las arcillas.
La Escoria, que se compone de estos ortosilicatos, aluminatos y otros componentes menores (pero también importantes), se pulveriza para obtener el Cemento. Por "hidratación", una mezcla de arena y cemento forma un fluído que puede ser vaciado. Suele agregarse grava o roca triturada como refuerzo de la matriz de silicato, la mezcla en conjunto fragua para formar lo que se conoce como Concreto. La química de estos sistemas es complicada y sigue en estudio.
Cemento Pórtland
Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava, más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece al reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia pétrea, denominado hormigón o concreto. Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil, siendo su principal función la de aglutinante.
48
El cemento portland es un conglomerante hidráulico que cuando se mezcla con áridos y agua tiene la propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es el más usual en la construcción.
Como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.
El cemento portland es el tipo más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón o concreto.
Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin. El nombre se debe a la semejanza en aspecto con las rocas que se encuentran en la isla de Pórtland, en el condado de Dorset.
Fabricación del cemento de portland
La fabricación del cemento de portland se da en tres fases:
preparación de la mezcla de las materias primas, producción del clinker y preparación del cemento.
Las materias primas para la producción del portland son minerales que contienen:
óxido de calcio (44%), óxido de silicio (14,5%),
49
óxido de aluminio (3,5%), óxido de hierro (3%) óxido de manganeso (1,6%).
La extracción de estos minerales se hace en canteras, que preferiblemente deben estar próximas a la fábrica, con frecuencia los minerales ya tienen la composición deseada, sin embargo en algunos casos es necesario agregar arcilla, o calcáreo, o bien minerales de hierro, bauxita, u otros minerales residuales de fundiciones.
La mezcla es calentada en un horno especial, con forma de un gran cilindro (llamado kiln) dispuesto casi horizontalmente, con ligera inclinación, que rota lentamente. La temperatura aumenta a lo largo del cilindro hasta llegar a unos 1400°C, que hace que los minerales se combinen pero sin que se fundan o vitrifiquen.
En la zona de menor temperatura, el carbonato de calcio (calcáreo) se disocia en óxido de calcio y dióxido de carbono (CO2). En la zona de alta temperatura el óxido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos de calcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma también una pequeña cantidad de aluminato tricálcico (Ca3Al) y ferroaluminato tetracálcico (Ca4AlFe). El material resultante es denominado clinker. El clinker puede ser conservado durante años antes de proceder a la producción del cemento, con la condición de que no entre en contacto con el agua.[1]
La energía necesaria para producir el clinker es de unos 1.700 julios por gramo, pero a causa de las perdidas de calor el valor es considerablemente más elevado. Esto comporta una gran demanda de energía para la producción del cemento y, por tanto, la liberación de gran cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, un gas de efecto invernadero.
Para mejorar las características del producto final al clinker se agrega aproximadamente el 2% de yeso y la mezcla es molida finamente. El polvo obtenido es el cemento preparado para su uso.
El cemento obtenido tiene una composición del tipo:
64% óxido de calcio 21% óxido de silicio 5,5% óxido de aluminio 4,5% óxido de hierro
50
2,4% óxido de magnesio 1,6% sulfatos 1% otros materiales, entre los cuales principalmente agua.
Cuando el cemento portland es mezclado con agua, se obtiene un producto de características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas después y endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su resistencia característica. El endurecimiento inicial es producido por la reacción del agua, yeso y aluminato tricálcico, formando una estructura cristalina de calcio-aluminio-hidrato, estringita y monosulfato.
El sucesivo endurecimiento y el desarrollo de fuerzas internas de tensión derivan de la reacción más lenta del agua con el silicato tricálcico formando una estructura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato. En ambos casos, las estructuras que se forman envuelven y fijan los granos de los materiales presentes en la mezcla. Una última reacción produce el gel de silicio (SiO2). Las tres reacciones generan calor.
51
Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios.
La calidad del cemento de portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150.
En el 2004, los principales productores mundiales de cemento de Pórtland fueron Lafarge en Francia, Holcim en Suiza y Cemex en México. Algunos productores de cemento fueron multados por comportamiento monopólico.
52
Mortero
El mortero es una mezcla de conglomerantes inorgánicos, áridos y agua, y posibles aditivos y adiciones.
Generalmente se utiliza para obras de albañilería, como material de agarre, revestimiento de paredes, etc.
Su proceso para la fabricación es similar al del Cemento Pórtland
53
Clasificación
Segun el tipo de conglomerante:
Morteros de cal Morteros de cemento portland Morteros de cemento de aluminato de calcio. Morteros bastardos (cemento + cal)
Morteros especiales:
Morteros refractarios Morteros con aireante Morteros ignífugos (resistentes al fuego) Morteros de cemento cola Morteros aislantes Morteros exentos de finos Morteros aligerados Morteros no expansivos Morteros hidrófugos Morteros coloreados
La perfección del mortero o cemento de los antiguos ha pasado a proverbio. Los egipcios no lo empleaban en la construcción de los grandes edificios. Sin embargo, las pirámides fueron revestidas de una especie de mezcla como dice Champolion Figeac, que supone el uso del mortero.
Tenemos mil ejemplos que acreditan el uso que hacían en las artes los antiguos del yeso, la cal, los betunes, etc. Los griegos y los etruscos conocían asimismo su uso. Se habla de un depósito para agua en Esparta construido con guijarros y argamasa y las grutas sepulcrales de Tarquinio están embarradas de un estuco
54
pintado. La necesidad habría hecho adaptar el uso del mortero y de los cementos a todos los pueblos.
Oxido de Zinc
El óxido de cinc es un compuesto químico de color blanco, se le conoce como cinc blanco. Su fórmula es ZnO y es poco soluble en agua pero muy soluble en ácidos. Se le encuentra en estado natural en la cincita. Se usa como pigmento e inhibidor del crecimiento de hongos en pinturas, como rellenador en llantas de goma y como pomada antiséptica en medicina. Alta capacidad calorífica. Acelerador y activador para la vulcanización del caucho. Pigmento protector de la Radiación ultravioleta . Una observación importante es que actúa como una capa protectora para el zinc solido para que así éste no se oxide fácilmente por tener un alto potencial de oxidación.
Este producto se obtiene a través del procesamiento del zinc metálico, dentro de crisoles, donde se produce la oxidación, y su almacenamiento se realiza en tolvas, con mangas de lona, para luego ser envasado en bolsas.
55
Oxido de Zinc en sus variedades: -Blanco Industrial 99% -Sello Rojo 98% -Sello Amarillo 94%
Aplicaciones del Oxido de Zinc:
-Neumáticos y cauchos. -Revestimientos. -Pinturas. -Alimentos balanceados. -Industria farmacéutica. -Cosmetología. -Industria petrolera. -Industria cerámica. -Agro.
56
57
Talco
El talco es un silicato de magnesio hidratado con la fórmula química: Mg3SiO10(OH)2, de color blanco o gris verdoso. Teóricamente contiene 31.7% MgO, 63.5% SiO2 y 4.8%H2O.
El talco raramente ocurre en forma pura; en grandes depósitos esta invariablemente asociado con otros varios minerales. El acompañante más común es la tremolita, aunque otros varios minerales, tales como serpentina, clorita, antofilita y actinolita, son a menudo encontrados en las menas de talco. El talco de más alta pureza es derivado de las rocas sedimentarias de carbonato de magnesio; el talco menos puro se obtiene de rocas ígneas ultra-básicas.
58
Tipos de talco
El talco blando y plano es un producto de la alteración de carbonatos de magnesio sedimentarios, el cual contiene frecuentemente clorita. Es el material talcoso mayoritariamente usado.
El talco tremolítico, a veces llamado “talco duro” es una mena de talco laminado o macizo, con contenido de calcita entre 6 y 10%, y algo de dolomita.
Talco fibroso es el nombre que se le da a cualquier mineral de talco con un contenido significante de contaminantes asbestiformes.
El talco puro es caracterizado por sus propiedades de superficie hidrofóbica, el deslizamiento al tacto y su blandura.
La forma de cristal del talco puede ser foliada, laminar, fibrosa y maciza. Los talcos crudos se encuentran en un rango por color que va desde el blanco hasta el verde y el marrón, y hasta grados oscuros que se pulverizan en un polvo blanco.
59
Usos del talco
Talco en el Papel
La industria del papel es la principal consumidora de talco. Existen tres usos principales de talco en esta industria: como cobertura, como control del pitch y como carga. El talco para uso en la manufactura del papel debe ser suave, químicamente inerte, alta reluctancia, siendo hidrofóbico y organofílico.
Talco en la Cobertura en papel
La cobertura en papel con partículas minerales está encargada de proveer una suave superficie para la impresión. Se requiere un talco con alta blancura y brillantez, aunque la pureza mineralógica no muy importante.
Talco en el Control del pitch
El pitch es el material resinoso presente en la madera. Si el proceso de lavado de la pulpa falla en remover completamente el pitch, las pequeñas partículas de pitch se aglomerarán y se pegarán en la superficie de la máquina y obstruirán el tejido resultando en manchas finas u otras fallas en la hoja de papel terminada. El control del pitch por absorción involucra la adición de un mineral inerte al stock. Si bien, la bentonita y las arcillas son utilizadas, el talco es el único mineral que satisface todos los requerimientos.
Talco en la extracción de la tinta del papel
El talco es crecientemente usado en plantas de reciclaje de papel para remover goma y adhesivos de látex del papel de desperdicio (particularmente revistas y catálogos).
60
Talco en los Plásticos
El talco es usado, mayormente, en propilenos con pequeñas cantidades usadas en nylons, poliéster, poliestireno, polietileno y PVC.
Talco en los Azulejos
La producción de azulejos constituye el principal uso del talco en la industria cerámica. El talco es usado en azulejos de cuerpo blanco, las cuales son generalmente esmaltados, y en azulejos cerámicos de porcelana, los cuales pueden ser tanto esmaltados como no. Los azulejos pueden contener entre 60-70% de talco. El talco imparte una excelente resistencia al agrietamiento de los azulejos, por su alto contenido de calcita, la cual aumenta el coeficiente de expansión térmica.
Talco en los Productos para
techos
El talco es añadido al asfalto y a las composiciones bituminosas para incrementar la viscosidad, el punto de fundición, la dureza y la resistencia al esfuerzo mecánico y al clima o agentes atmosféricos.
Talco en el Caucho
El principal uso del talco en la industria del caucho es para lubricar moldes o matrices y para prevenir el pegoteo de las superficies entre si durante la manufactura. . Para usos adherentes, los talcos son aplicados como un polvo fino a productos de goma blandos como tubos y hojas.
Talco en los Productos
cosméticos y farmacéuticos
El talco es añadido a los cosméticos para facilitar la aplicación del polvo y su esparcimiento, y para impartir buenas propiedades de deslizamiento y adhesión. Como el poder de cobertura y la capacidad de absorción de la humedad son relativamente bajas, es combinado frecuentemente con otros polvos como caolín y óxido de zinc. El talco es además un ingrediente en la producción de shampoo en seco que pueden ser empleados para remover la grasa o suciedad del cabello difícil de lavar, y para algunos shampoo de mascotas.
Talco en el Alimento para animales
El talco es utilizado como un agente anti-aglutinante en el alimento para animales, especialmente en raciones bajas en fibras.
Talco en los Alimentos
La industria del alimento usa talco en la preparación de diversos productos, especialmente arroz, cereales y aceites vegetales. El talco es principalmente usado para pulir el producto pero puede también actuar como un acondicionador o agente anti-aglomerante. También puede ser usado en la recuperación de proteínas de los desperdicios bioquímicos.
Talco en el Vidrio
El talco puede ser empleado como agente para empolvar durante la producción. El talco se utiliza en los compuestos de limpieza y pulido donde se requiere una acción abrasiva limitada y un color blanco considerable.
61
62
Metales y Aleaciones
Los Metales y las Aleaciones suelen dividirse en dos categorías: ferrosos y no ferrosos. Las Aleaciones Ferrosas están basadas en el Hierro como el constituyente principal e incluyen aceros, aceros inoxidables y diversas clases de hierro fundido. En las Aleaciones No Ferrosas intervienen metales diferentes al Hierro.
Acerca de la Obtención de Metales
Aleaciones No Ferrosas
Aleaciones de Aluminio Aleaciones de Magnesio Aleaciones de Cobre Aleaciones de Cobalto y Níquel Aleaciones de Titanio
Aleaciones Ferrosas
Aceros Simples Aceros Inoxidables Hierros Fundidos
Volver al Indice
Aleaciones No Ferrosas
Aleaciones de Aluminio
El Aluminio es un Metal ligero, con una densidad de 2.70 g/cm3, o sea, con un tercio de la densidad del acero. Aunque las aleaciones de aluminio tienen propiedades a la tensión relativamente bajas comparadas con las del acero, su relación resistencia-peso es excelente.
El Aluminio se utiliza cuando el peso es un factor importante, como ocurre en las aplicaciones aeronáuticas y de automotores.
63
Volver al Indice
Aleaciones de Magnesio
El Magnesio es más ligero que el Aluminio, con una densidad de 1.74 g/cm3. Aunque las Aleaciones de Magnesio no son tan resistentes como las de Aluminio, sus relaciones resistencia-peso son comparables. En consecuencia, las aleaciones de Magnesio se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, maquinaria de alta velocidad, y equipo de transporte y manejo de materiales.
Aleaciones de Cobre
Las Aleaciones de Cobre son más pesadas que el Hierro pero tienen mayor resistencia a la fatiga y al desgaste abrasivo que las ligeras aleaciones de Aluminio y de Magnesio; presentan una excelente ductilidad, resistencia a la corrosión, conductividades eléctrica y térmica.
Las aleaciones de Cobre son únicas en cuanto a que pueden seleccionarse para producir un valor decorativo apropiado. El Cobre puro es rojizo. Las adiciones de Zinc producen un color amarillo dorado y el Níquel un color plateado.
Aleaciones de Níquel y Cobalto
Las Aleaciones de Níquel y Cobalto se usan para obtener protección contra la corrosión y para lograr resistencia a la deformación a temperaturas elevadas, aprovechando sus altos puntos de fusión y elevadas resistencias mecánicas.
Aleaciones de Titanio
El Titanio proporciona excelente resistencia a la corrosión, alta relación resistencia-peso y propiedades favorables a temperaturas altas. Resistencias hasta de 200,000 psi (libras por pulgada cuadrada) aunadas a una densidad de 4.505 g/cm3 proporcionan las excelentes propiedades mecánicas, mientras que una capa protectora de TiO2 confiere una excelente resistencia a la corrosión y a la contaminación por debajo de 535 °C.
64
Aleaciones Ferrosas
Aceros Simples o de Bajo Carbono
Los Aceros suelen clasificarse mediante los sistemas AISI y SAE los cuales usan una cantidad de cuatro o cinco dígitos. Los dos primeros se refieren a los dos elementos de aleación más importantes y los dos o tres últimos números indican el porcentaje de Carbono. Un Acero AISI 1040 es un Acero con 0.40 % de Carbono, sin otros elementos aleantes. Igualmente un Acero SAE 10120 es un Acero que contiene 1.20 % de Carbono. Un Acero AISI 4340 es un Acero Aleado que contiene 0.40 % de Carbono. El 43 indica la presencia de otros elementos aleantes.
Por lo general, los Aceros son tratados térmicamente para alcanzar la estructura y las propiedades adecuadas. Todos los tratamientos térmicos del Acero están orientados a la producción de una mezcla de ferrita (alfa) y cementita (Fe3C) que dé la adecuada combinación de propiedades.
Aceros Inoxidables
Los Aceros Inoxidables se seleccionan por su excelente resistencia a la Corrosión. Todos los verdaderos Aceros Inoxidables contienen un mínimo de 12 % de Cromo, lo que permite la formación de una delgada capa protectora de Oxido de Cromo cuando el Acero se expone al Oxígeno. Algunos contienen Níquel en una proporción menor.
Hierros Fundidos
Las fundiciones o Hierros Fundidos son aleaciones Hierro-Carbono-Silicio que por lo general contienen entre 2 y 4 % de C, y entre 0.5 y 3 % de Si.
65
Obtención de Metales
Los Metales se obtienen de la Naturaleza generalmente a la forma de Minerales (Carbonatos, Sulfuros y Oxidos) con excepción de algunos Metales que no se encuentran combinados (por ejemplo: Platino).
Los Materiales indeseables que se hallan mezclados con los Minerales se denominan "Ganga".
los Procesos Metalúrgicos para la Obtención de Metales son los siguientes:
Tratamiento Preliminar : Concentración y Eliminación de Impurezas Reducción : Transformación del Metal combinado a Metal Libre por
medios químicos Refinación: Purificación y/o adición de sustancias para obtener ciertas
propiedades en el producto final
Tratamiento Preliminar
Los Métodos de Concentración son los siguientes:
Flotación:
El Mineral finamente triturado se mezcla con un aceite adecuado y con agua en grandes tanques. Las partículas del mineral se "humedecen" con el aceite y las de la ganga con el agua. Esta mezcla se agita con aire formando una espuma que contiene al aceite mineral y las partículas del mineral.
Separación Magnética
Se emplea para separar la Magnetita (Fe3O4) de la ganga. El Mineral se tritura y se usan electroimanes para atraer las partículas de Fe3O4.
Licuación
Fusión del Metal Libre
Separaciones Químicas
66
Precipitación de Metales (Formación de compuestos insolubles) o Disolución seguido de procesos de filtración o evaporación
Reducción
Las mayores cantidades de metales se producen por operaciones de fusión, es decir, reducción a altas temperaturas, en la cual el metal por lo general se recoge en estado fundido. En la mayoría de estos procesos se usa un "fundente" (tal como el carbonato de calcio CaCO3) para remover la ganga que permanece después de la concentración del mineral.
El Mineral forma una "Escoria" con el dióxido de silicio e impurezas de silicatos. Las ecuaciones simplificadas son:
La Escoria, que es un líquido a las temperaturas de fusión, generalmente flota sobre el metal fundido y se separa fácilmente de éste.
?
67
Materiales cerámicos
Son compuestos químicos que comprenden fases que contienen elementos metálicos y no metálicos. Son generalmente aislantes. Su comportamiento mecánico es poco predecible por eso sus aplicaciones criticas es muy limitado. Se clasifican en función de sus estructuras cristalinas.
Su clasificación depende de la estructura. Puede tomar una de las siete principales patrones de acomodamiento cristalino. Estos están relacionados con la forma en que se puede dividir el espacion en volúmenes iguales por superficies planas de intersección y son: Cubico, Tetragonal, Ortorrómbico, Monociclico, Triciclico, Hexagonal, Romboedral.
Debido a la alta variedad de materiales cerámicos se agrupan en:1.-Vidrio: Cerámicos No Cristalinos.2.-Materiales Cristalinos Simples: Sintéticos y Naturales.3.-Productos Cerámicos diferentes del vidrio.
68
ARCILLAS
DEFINICIÓN.-Ø ROCA SEDIMENTARIA DETRÍTICAØ DESCOMPUESTA EN PARTICULAS DE TAMAÑO INFERIOR 4μØ ORIGEN EN AMBIENTES MARINOS, MINERALES POR METEORIZACIÓN DE ROCAS ALUMÍNICAS (feldespatos).
COMPOSICIÓN.-
SILICATO DE ALÚMINA HIDRATADO.COMPONENTES:Ø SÍLICE - 40%Ø ALÚMINA - 39% (Variable)
Define el grado de calidad del material.Ø AGUA - 14%Ø IMPUREZAS - óxidos (hierro – calcio), soda, potasa
ARCILLASCLASIFICACIÓN.-POR SU ORIGEN GEOLÓGICO
69
MODERNAS - ALUVIALESProvenientes por arrastres de ríosCaracterísticas: - Heterogéneas- ConsistenciaVariable- Impurezas
ANTIGUAS - CONSOLIDADASProvenientes de la presión deSueloCaracterísticas: - Homogéneas- Consistentes
POR SU COMPOSICIÓN QUÍMICAMAGRAS – § Excesiva cantidad arena (sílice)§ Bajo porcentaje de alúmina (10 a 20%)§ Pierden humedad con rapidez con poca contracción§ Funden a temperaturas menores que las grasas
GRASAS – § Alto porcentaje de alúmina (>40%)§ Alta contracción en el secado§ Alta plasticidad§ Funden a altas temperaturas
70
Cerámica
La palabra cerámica (derivada del griego κεραμικός keramikos, "sustancia quemada") es el término que se aplica de una forma tan amplia que ha perdido buena parte de su significado. No sólo se aplica a las industrias de silicatos, sino también a artículos y recubrimientos aglutinados por medio del calor, con suficiente temperatura como para dar lugar al sinterizado. Este campo se está ampliando nuevamente incluyendo en él a cementos y esmaltes sobre metal.
La historia de la cerámica va unida a la historia de casi todos los pueblos del mundo. Abarca sus mismas evoluciones y fechas y su estudio está unido a las relaciones de los hombres que han permitido el progreso de este arte.
71
Según las teorías difusionistas, los primeros pueblos que iniciaron la elaboración de utensilios de cerámica con técnicas más sofisticadas y cociendo las piezas en hornos fueron los chinos. Desde China pasó el conocimiento hacia Corea y Japón por el Oriente, y hacia el Occidente, a Persia y el norte de África hasta llegar a la Península Ibérica. En todo este recorrido, las técnicas fueron modificándose. Esto fue debido a ciertas variantes; una de ellas fue porque las arcillas eran diferentes. En China se utilizaba una arcilla blanca muy pura, el caolín, para elaborar porcelana, mientras que en Occidente estas arcillas eran difíciles de encontrar. Otras variantes fueron la influencia del Islam, con sus maneras de decoración, y los diferentes métodos utilizados para la cocción.
El invento del torno de alfarero, ya en la Edad de los Metales , vino a mejorar su elaboración y acabado, como también su cocción al horno que la hizo más resistente y amplió la gama de colores y texturas. En principio, el torno era solamente una rueda colocada en un eje vertical de madera introducido en el terreno, y se la hacía girar hasta alcanzar la velocidad necesaria para elaborar la pieza. Poco a poco fue evolucionando, se introdujo una segunda rueda superior y se hacía girar el torno mediante un movimiento del pie; posteriormente se añadió un motor, que daba a la rueda diferente velocidad según las necesidades.
72
A menudo la cerámica ha servido a los arqueólogos para datar los yacimientos e, incluso, algunos tipos de cerámica han dado nombre a culturas prehistóricas. Uno de los primeros ejemplos de cerámica prehistórica es la llamada cerámica cardial. Surgió en el Neolítico, debiendo su denominación a que estaba decorada con incisiones hechas con la concha del cardium edule, una especie de berberecho. La cerámica campaniforme, o de vaso campaniforme, es característica de la edad de los metales y, más concretamente, del calcolítico, al igual que la cerámica de El Argar (argárica) lo es de la Edad del Bronce .
Su uso inicial fue, fundamentalmente, como recipiente para alimentos; más adelante se utilizó para hacer figuras supuestamente de carácter mágico, religioso o funerario. La técnica del vidriado le proporcionó gran atractivo, se utilizó también para la escultura. Actualmente también se emplea como aislante eléctrico.
73
Loza
Se denomina loza a la terracota esmaltada o barnizada, de pasta fina, porosa, absorbente y opaca. Esta pasta está compuesta de varias arcillas blancas mezcladas con tierras silíceas calcinadas. Según sea la clase de arcilla así adquirirá el color después de cocida, que puede ser amarillo, rojo, pardo o negro. Alcanza una gran dureza y resistencia. El impermeabilizado de la loza se consigue con un barniz fluido que contiene sílice, minio, blanco de plomo y galena, todo ello molido en agua antes de su cocción. Es muy útil para los objetos domésticos.
Con más o menos variantes, esta es una cerámica conocida en las culturas de la antigüedad. En la Península Ibérica fue famosa la alfarería nazarí de Málaga. Era una técnica importada del Oriente en el siglo X. En el año 1310, los artífices moriscos la llevaron a Manises en Valencia. La loza de Manises llegó a tener tal perfección que se hizo famosa y muy solicitada sobre todo por la aristocracia europea.
74
La loza moderna data del siglo XVII, de Inglaterra. Los mejores ceramistas de loza fueron John Dwight, John Astbury y Josiah Wegdwood, el más importante. Fue exportada a toda Europa pero Inglaterra sigue estando a la cabeza en su elaboración.
75
GravaEn geología y en construcción se denomina grava a las partículas rocosas de tamaño comprendido entre 2 y 64 mm, aunque no existe unicidad de criterio para el límite superior. Pueden ser producidas por el hombre, en cuyo caso suelen denominarse «piedra partida» o «chancada», y naturales. En este caso, además, suele suceder que el desgaste natural producido por el movimiento en los lechos de ríos haya generado formas redondeadas y se denominan canto rodado. Existen también casos de gravas naturales que no son cantos rodados
.Estos áridos son partículas granulares de material pétreo de tamaño variable. Este material se origina por fragmentación de las distintas rocas de la corteza terrestre, ya sea en forma natural o artificial. En este último caso actúan los procesos de chancado o triturado utilizados en las respectivas plantas de áridos. El material que es procesado, corresponde principalmente a minerales de caliza, granito, dolomita, basalto, arenisca, cuarzo y cuarcita.
Como fuente de abastecimiento se pueden distinguir las siguientes situaciones:
Bancos de sedimentación: son los bancos construidos artificialmente para embancar el material fino-grueso que arrastran los ríos.
Cauce de río: corresponde a la extracción desde el lecho del río, en los cuales se encuentra material arrastrado por el escurrimiento de las aguas.
Pozos secos: zonas de antiguos rellenos aluviales en valles cercanos a ríos.
Canteras: es la explotación de los mantos rocosos o formaciones geológicas, donde los materiales se extraen usualmente desde cerros
76
mediante lo que se denomina tronadura o voladura (rotura mediante explosivos).
Usos
Entre sus usos mas destacados, encontramos dos, el de material de construccion (Se prepara concreto y hormigón con cemento, arena y grava) y el decorativo, como por ejemplo en ciertos arreglos hornamentales, aunque tambien, se encuentra en los acuarios
77
78
Carburo de Boro
El carburo de boro (B4C) (tetraboro, B4-C, B4C, diamante negro) es un sólido cristalino negro casi tan duro como el diamante. Se usa para tallar y como material para la construcción de objetos resistentes. En la escala de Mohs tiene una dureza de 9,3
79
Fue descubierto en el siglo 19 como un sub-producto de reacciones que involucraban boruros metalicos. No fue hasta 1930 cuando este material fue estudiado científicamente.
Su punto de fusion es 2350°C (2623.15 K), y su punto de ebullición es >3500°C (>3773.15 K). Su peso molar es de 55,255 g/mol; y su densidad es de 2,52 g/cm3. Su estructura cristalina es rombohedral. Se prepara por reacción de ácido bórico con grafito a 2600 ºC.
80
Carburo de Silicio.
El carburo de silicio, también llamado carborundo, (SiC) es un carburo covalente de estequiomería 1:1 y que tiene una estructura de diamante, a pesar del diferente tamaño del C y Si, que podría impedir la misma. Es casi tan duro como el diamante.
Es un compuesto que se puede denominar aleación sólida, y que se basa en que sobre la estructura anfitrión (C en forma de diamante) se cambian átomos de éste por átomos de Si, siempre y cuando el hueco que se deje sea similar al tamaño del átomo que lo va a ocupar.
El Carburo de Silicio se trata de un material semiconductor (~ 2,4V) y refractario que presenta muchas ventajas para ser utilizado en dispositivos que impliquen trabajar en condiciones extremas de temperatura, voltaje y frecuencia, el Carburo de Silicio puede soportar un gradiente de voltaje o de campo eléctrico hasta ocho veces mayor que el silicio o el arseniuro de galio sin que sobrevenga la ruptura , este elevado valor de campo eléctrico de ruptura le hace ser de utilidad en la fabricación de componentes que operan a elevado voltaje y alta energía como por ejemplo: diodos, transistores, supresores..., e incluso dispositivos para microondas de alta energía. A esto se suma la ventaja de poder colocar una elevada densidad de empaquetamiento en los circuitos integrados. Gracias a la elevada velocidad de saturación de portadores de carga (2,0x107 cm−1) es posible emplear SiC para dispositivos que trabajen a altas frecuencias, ya sean Radiofrecuencias o Microondas. Por último una dureza de ~9 en la escala de Mohs le proporciona resistencia mecánica que junto a sus propiedades eléctricas hacen que dispositivos basados en SiC ofrezcan numerosos beneficios frente a otros semiconductores.
81
Obtención
El carburo de silicio se obtiene de arenas o cuarzo de alta pureza y coke de petróleo fusionados en horno eléctrico a más de 2000 ºC con la siguiente composición:
SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO
Selección, molienda, lavado, secado, separación magnética, absorción del polvo, cribado, mezclado y envasado.
82
Ferrita
La ferrita en la metalurgia se denomina hierro alfa. Cristaliza en el sistema cúbico y se emplea en la fabricación de: imanes permanentes aleados con cobalto y bario; en núcleos de inductancias y transformadores con níquel, cinc o manganeso, ya que en ellos quedan eliminadas prácticamente las Corrientes de Foucault.
Las ferritas son materiales cerámicos ferromagnéticos, compuestos por hierro, boro y bario, estroncio o molibdeno.
Las ferritas tienen una alta permeabilidad magnética, lo cual les permite almacenar campos magnéticos con más fuerza que el hierro. Las ferritas se producen a menudo en forma de polvo, con el cual se pueden producir piezas de gran resistencia y dureza, previamente moldeadas por presión y luego calentadas, llegar a la temperatura de fusión, dentro de un proceso conocido como sinterización. Mediante este procedimiento se fabrican núcleos para transformadores, bobinas y otros elementos eléctricos o electrónicos.
83
Los primeros ordenadores estaban dotados de memorias que almacenaban sus datos en forma de campo magnético en núcleos de ferrita, los cuales estaban ensamblados en conjuntos de núcleos de memoria.
Un toroide hecho con ferrita bobinado para uso como transformador de corriente eléctrica
El polvo de ferrita se usa también en la fabricación de cintas para grabación; en este caso, el material es trióxido de hierro. Otra utilización común son los núcleos de ferrita, usados popularmente en multitud de cables electrónicos para minimizar las interferencias electromagnéticas (EMI). Se disponen en alojamientos de plástico que agarran el cable mediante un sistema de cierre. Al pasar el cable por el interior del núcleo aumenta la impedancia de la señal sin atenuar las frecuencias más bajas. A mayor número de vueltas dentro del núcleo mayor aumento, por eso algunos fabricantes presentan cables con bucles en los núcleos de ferrita.
Este polvo de ferrita es utilizado también como tóner magnético de impresoras láser, pigmento de algunas clases de pintura, polvo de inspección magnético (usado en soldadura), tinta magnética para imprimir cheques y códigos de barras y, a su vez, con dicho polvo y la adición de un fluido portador (agua, aceite vegetal o mineral o de coche) y un surfactante o tensoactivo (ácido oleico, ácido cítrico, lecitina de soja) es posible fabricar ferrofluido casero.
84
Memoria Procesador de Ferrita (1973)
Amplificador para Guitarra con iman de Ferrita
Cassete Beta
Fabricado de Ferrita
85
14 Azulejo
El término azulejo del árabe az-zulaiy (piedra pulida) refiere a una pieza de cerámica de poco espesor, generalmente cuadrada, en la cual una de las caras es vidriada, resultado de la cocción de una substancia a base de esmalte que se torna impermeable y brillante. Esta cara puede ser monocromática o policromática, lisa o en relieve. El azulejo es generalmente usado en gran cantidad como elemento asociado a la arquitectura en revestimento de superficies interiores o exteriores o como elemento decorativo aislado.
Los temas oscilan entre los relatos de episódios históricos, escenas mitológicas, iconografía religiosa y una extensa gama de elementos decorativos (geométricos, vegetalistas etc) aplicados en paredes, pavimentos y techos de palacios, jardines, edifícios religiosos (iglesias, conventos), de habitaciones y públicos.
86
15 Alfarería
La alfarería es el arte de elaborar vasijas de barro cocido. También se denomina alfarería a los objetos realizados con arcilla y posteriormente cocidos una sola vez. Es un término más limitado que cerámica. Normalmente se aplica a las piezas realizadas sin esmalte o con barniz aplicado en una sola cocción. Las ollas o pucheros, platos, vasos, botijos y una lista interminable de piezas son las que tradicionalmente se denominan alfarería.
Además, alfarería es en nombre del obrador donde se elaboran estas vasijas y la denominación de la tienda donde se venden.
La persona que elabora alfarería se la conoce como alfarero y se diferencia del ceramista en que este continúa elaborando la pieza mediante el añadido de esmaltes y otras técnicas que requieren una o más cocciones o quemados.
Alfarería es un término antiguo que comprende también lo que aquí se define como cerámica. Son de alfarería los azulejos esmaltados que decoran las casas andaluzas y de otras partes de España. También son de alfarería los ladrillos, baldosas de barro sin esmalte (baldosín catalán) fabricados industrialmente. Probablemente en muchas partes se ha adoptado la palabra cerámica, sustituyendo a alfarería, a partir del ceramic inglés.
87
Estrabón y Plinio atribuyeron la invención de la rueda del alfarero al escita Anacarsis que murió cerca de 550 años antes de Cristo. Sin embargo, Homero habla ya de ella en sus obras y se sabe que el padre de la poesía griega precedió en varios siglos al discípulo de Solón.
La alfarería empezó en Oriente para ser específicos en Japón y fue tan honrado este oficio o arte entre los israelitas como envilecido entre nosotros. En la genealogía de la tribu de Judá, la Escritura hace mención a alfareros que trabajaban por el rey y que vivían en sus mismos jardines.
El Occidente conoció muy tarde esta invención que inmortalizó el nombre de Chorabo entre los atenienses. Los toscanos, en tiempo de Porsena, trabajaban tan bien en este arte que sus artefactos se pagaban a un precio más elevado en tiempos de Augusto que los mismos de plata y oro.[1] vannessa
Técnicas
Técnicas de modelado
Existen tres categorías básicas: modelado a mano, en torno y al vaciado. Es muy común que las piezas hechas en torno sean terminadas manualmente.
88
Las técnicas manuales son las más primitivas, donde las piezas son construidas mediante el estirado de la pasta en rollos, placas o bolas de arcilla, generalmente unidos mediante la preparación de arcilla líquida llamada barbotina. Nunca dos piezas de cerámica trabajadas manualmente serán exactamente iguales, por lo que estas técnicas no son las más apropiadas para hacer juegos de piezas idénticas, como por ejemplo vajillas de cocina, juegos de café, de licor, etc.
Las técnicas manuales permiten al ceramista usar su imaginación y crear diferentes piezas artísticas. Es una técnica utilizada por los pueblos primitivos y aun se encuentran numerosos artesanos que trabajan maravillosamente, tales como los alfareros de los índios Pueblo, las tribus de África central y del sur, los originarios austrialianos, Japón y toda el Asia oriental. En España podemos encontrar zonas donde se elaboran este tipo de vasijas del modo tradicional, como en Galicia, Asturias y el alto Aragón.
El torno cerámico es la técnica más utilizada para la creación de piezas en serie. En la actualidad también es empleado para hacer piezas singulares o artísticas. Este método es empleado desde el año 5000 a. C. en el Antiguo Egipto, Oriente Próximo y Asia. Un bolo de arcilla es colocado en la rueda del torno, el cual es impulsado por el pie o la mano del alfarero que hace girar el torno.
La rueda gira velozmente mientras la arcilla es presionada de forma tal que adquiera la forma deseada. El trabajo con torno requiere una gran habilidad
89
técnica, pero un alfarero habilidoso puede producir muchas piezas casi idénticas en poco tiempo. Actualmente se utiliza más el torno eléctrico que requiere menos esfuerzo y pericia.
Debido a su naturaleza, los trabajos mediante el empleo de torno son casi exclusivamente piezas con simetría radial respecto de un eje vertical. Estas piezas pueden ser decoradas mediante la creación de diferentes texturas sobre su superficie al objeto de hacerlas visualmente más interesantes.
Muchas veces, las piezas creadas en el torno son modificadas manualmente, agregándole asas, tapas, pies, picos y otros aspectos funcionales.
La técnica de vaciado es probablemente la más apropiada para la producción en serie (industrial). La arcilla líquida es vertida en un molde de yeso lo que permite un ligero endurecimiento. Una vez que el molde absorbe la mayor parte del agua de la capa de arcilla que queda en contacto con el molde, la arcilla remanente es volcada fuera del molde y se deja secar la pieza. Finalmente la pieza es sacada del molde, se le corrigen las imperfecciones que pueda tener y se la deja secar al aire libre.
Técnicas de terminación y decoración
Antiguamente decoraban las vasijas mediante trabajos adicionales practicados en su superficie, un gran avance fue la decoración con caña, después el pulimento y finalmente el vidriado.
Pueden usarse aditivos cerámicos para darle color a la arcilla, previo a su modelado. También pueden agregarse varios aditivos para darle un aspecto más rústico. Arena y otros materiales le dan al producto final variadas texturas. También pueden mezclarse partículas combustibles junto con la arcilla, o presionar la superficie, para dar diferentes texturas.
También pueden crearse efectos visuales interesantes mediante el uso de arcillas de diferente color. Las arcillas de pigmentación distinta son ligeramente amasadas en un mismo bollo, antes de comenzar el modelado de la pieza. Aunque generalmente cualquier arcilla puede ser utilizada en este proceso, las diferentes velocidades de secado y expansión durante la cocción hacen que sea usual la utilización de sólo una pasta cerámica clara, añadiéndole colorante a una parte de ella. También se puede hacer una analogía con la marquetería, presionando pequeños bloques de arcilla coloreada conjuntamente.
El bruñido, al igual que la técnica del mismo nombre con la que se trabaja al metal, requiere frotar la superficie de la pieza contra otra superficie pulida (generalmente se utiliza acero o piedras) hasta alisar, pulir y sacar brillo a la arcilla. Las arcillas más finas quedan más pulidas y brillantes que las ásperas, y también permiten un
90
mejor secado de la pieza antes de bruñirlas, aunque esto aumenta el riesgo de quebraduras.
Para conseguir una superficie más acabada, puede aplicarse una fina capa de barbotina sobre la arcilla semiseca.
Finalmente, la arcilla puede pintarse con distintas clases de esmaltes. Los engobes generalmente son aplicados cuando la pieza se encuentra cruda, en estado de cuero. Es usual que las piezas decoradas con engobe tan solo pasen por el horno cerámico un vez.
Tanto los esmaltes cerámicos como las calcinas que dan un acabado vítreo necesitan que las piezas hayan pasado una vez por el horno antes de ser aplicados, y una segunda vez para fijarlos a la cerámica, aunque algunos ceramistas hacen tres o más horneadas, dependiendo de los resultados que busquen.
Fases de elaboración
Todas las piezas cerámicas pasan por varias fases durante su elaboración. Primero, la arcilla es amasada para que la humedad y demás partículas se distribuyan homogéneamente y para sacar cualquier burbuja de aire que tenga en su interior (lo que puede provocar explosiones durante el horneado o quema).
Luego es modelada manualmente o mediante diversas herramientas. El agua es utilizada para mantener la plasticidad de la arcilla durante el modelado, sin que
91
aparezcan rajaduras. Los trabajos realizados en torno generalmente necesitan ser desbastados o retorneados para hacer que el espesor de la pared sea uniforme en toda la pieza o para modelar el pie. Este proceso es llevado a cabo cuando la pieza se ha secado lo suficiente como para resistir este tipo de manipulación.
La pieza se deja al aire hasta que se seca y endurece lo suficiente. Esta fase es denominada estado de cuero. Las piezas que se encuentran así son muy quebradizas, por lo que deben ser manipuladas cuidadosamente.
Una vez que la pieza se termina, se deja secar nuevamente para que pierda el resto de la humedad que aún contiene, quedando con un aspecto similar al hueso.
Cuando la pieza está totalmente seca, su color es más claro, y adquiere mayor dureza. En este momento es cuando se le suele pasar una lija fina para emprolijarla y una esponja húmeda con el mismo fin.
Luego es llevada al horno, en donde pierde la humedad química y adquiere una mayor resistencia y sonoridad. Puede ser que con esta cocción la pieza ya se dé por acabada, como es el caso de la alfarería, o que aún requiera de horneados posteriores, en la cerámica.
92
POLIMEROS
CELOFAN
El celofán es un polímero natural derivado de la celulosa. Tiene el aspecto de una película fina, transparente flexible y resistente a esfuerzos de tracción, pero muy fácil de cortar. Otras de sus cualidades son que es biodegradable y que no resiste bien la humedad, ya que tiende a absorberla.
El proceso de fabricación consiste en disolver fibras de madera, algodón o cáñamo en un álcali para hacer una solución llamada viscosa, la cual luego es extruída a través de una ranura y se sumerge en un baño ácido que la vuelve a convertir en celulosa. Por medio de un proceso similar, utilizando un orificio en lugar de una ranura, se produce una fibra llamada rayón.
El celofán fue inventado por el ingeniero textil suizo Jacques E. Brandenberger en 1908. Luego de ver cómo
se derramaba vino sobre el mantel de la mesa de un restaurante, Brandenberger tuvo la idea de producir un recubrimiento transparente para la tela que la hiciera impermeable. Experimentando, encontró una forma de aplicar la viscosa líquida a la tela, pero la combinación resultó demasiado rígida como para usarse. Sin embargo la película transparente se separaba fácilmente de su respaldo de tela, por lo que abandonó su idea original atraído por las posibilidades del nuevo material. La baja permeabilidad del celofán tanto al aire como a la grasa y las bacterias lo hace útil como material para envoltorio de alimentos.
DuPont construyó la primera planta norteamericana de Celofán. En 1935 se estableció British Cellophane Ltd, una empresa conjunta entre La Cellophane SA y Courtaulds, comenzando a operar una fábrica para la manufactura de celofán en Bridgwater en 1937.
El celofán también se usa para envolver regalos y ramos florales.
93
La película de celulosa se ha fabricado desde 1930 hasta la fecha. Además de su uso como envoltorio de alimentos, también tiene usos industriales, tales como cintas autoadhesivas y membranas semipermeables utilizadas por cierto tipo de baterías. Con el tiempo, el término "celofán" se ha generalizado, y se usa comúnmente para referirse a diversas películas plásticas, aún aquéllas que no están hechas en base a celulosa.
Se utiliza principalmente como envoltorio, aunque también fue muy utilizado en la elaboración de cintas adhesivas, siendo sustituido en gran medida por otros polímeros de cualidades más apropiadas para tal uso.
En algunas aplicaciones se le aplican recubrimientos para complementar o modificar sus propiedades.
PET
El PET es un tipo de materia prima plástica derivada del petróleo, correspondiendo su fórmula a la de un poliéster aromático. Su denominación técnica es Polietilén Tereftalato o Politereftalato de etileno. Empezó a ser utilizado como materia prima en fibras para la industria textil y la producción de films
El PET (Poli Etilén Tereftalato) perteneciente al grupo de los materiales sintéticos denominados poliésteres, fue descubierto por los científicos británicos Whinfield y Dickson, en el año 1941, quienes lo patentaron como polímero para la fabricación de fibras. Se debe recordar que su país estaba en plena guerra y existía una apremiante necesidad de buscar sustitutos para el algodón proveniente de Egipto. Recién a partir de 1946 se lo empezó a utilizar industrialmente como fibra y su uso textil ha proseguido hasta el presente. En 1952 se lo comenzó a emplear en forma de film para el envasamiento de alimentos. Pero la aplicación que le significó su
94
principal mercado fue en envases rígidos, a partir de 1976; pudo abrirse camino gracias a su particular aptitud para el embotellado de bebidas carbonatadas.
Es el polímero para el cual los fabricantes de máquinas internacionales han dedicado el mayor esfuerzo técnico y comercial. Efectivamente, los constructores han diseñado ex profeso y con inversiones cuantiosas, equipos y líneas completas perfectamente adaptadas a los parámetros de transformación del PET, cuya disponibilidad accesesible a todos los embotelladores, unida a la adecuada comercialización de la materia prima, permitió la expansión de su uso en todo el mundo.
El PET se fabrica a partir de dos materias primas derivadas del petróleo: etileno y paraxileno. Los derivados de estos compuestos (respectivamente, etilen glicol y ácido tereftálico) son puestos a reaccionar a temperatura y presión elevadas para obtener la resina PET en estado amorfo.
La resina se cristaliza y polimeriza para incrementar su peso molecular y su viscosidad. El resultado es la resina que se usa para
95
fabricar envases. Su apariencia es la de pequeños cilindritos de color blanquizco llamados chips. Una vez seca, se almacena en silos ó supersacos para después ser procesada. Acido tereftálico: Se elabora totalmente en México a partir del paraxileno, materia prima que produce PEMEX quien abastece a los dos fabricantes en México.
Monoetilén glicol: Es el reactivo limitante en la reacción de esterificación para la producción de poliéster, que se obtiene a partir del óxido de etileno que produce también Petróleos Mexicanos.
En términos químicos, el camino más simple para la obtención del PET es la reacción directa (esterificación) del ácido tereftálico con el etilen glicol formando un “monómero” (bis-B-hidroxietil tereftalato) el cual se somete a una policondensación para obtener un polímero de cadena larga que contiene cerca de 100 unidades repetidas.
Mientras que la reacción de esterificación tiene lugar, con la eliminación del agua como subproducto, la fase de policondensación que se efectúa en condiciones de alto vacío, libera una molécula de glicol cada vez que la cadena se alarga por unidad repetida. Conforme la cadena va alargándose, existe un aumento en el peso molecular, el cual va acompañado por un aumento en la viscosidad de la masa y otras ventajas asociadas proporcionando así una mayor resistencia mecánica.
96
La calidad final de un polímero sintético depende en gran parte de la calidad de su monómero y dado que no es práctico purificar el monómero de tereftalato, la pureza química de su inmediato precursor es de gran importancia. En este contexto, el etilenglicol no presenta problema, pero el ácido tereftálico, al ser un sólido, limita la elección de la tecnología de purificación.
No obstante, una vez resuelto este problema, ya que el ácido tereftálico de gran pureza se convierte en un producto comercial, la necesidad inicial de utilizar dimetiltereftalato puede evitarse, por lo que las fases del proceso quedan simplificadas.
Una vez que la longitud de cadena es suficientemente larga, el PET se extruye a través de un dado de orificios múltiples para obtener un espagueti que se enfría en agua y una vez semisólido es cortado.
Algunas de las propiedades del PET son:
Procesable por soplado, inyección, extrusión. Apto para producir frascos, botellas, películas, láminas, planchas y piezas.
Transparencia y brillo con efecto lupa. Excelentes propiedades mecánicas. Barrera de los gases. Biorientable-cristalizable. Esterilizable por gamma y óxido de etileno. Costo/ performance. Ranqueado N°1 en reciclado. Liviano
Las virtudes del PET (Polietilen Tereftalato) han abierto mercado en otros ramos que se consideraban exclusivos para envases metálicos o vidrio. Se le usa para fabricar
97
recipientes para uso en el hogar contenedores de semillas, granos o para hacer floreros y otros objetos de ornato.
También uno puede vestirse de PET: sus fibras se utilizan en telas tejidas e hilos para confeccionar una gran variedad de prendas de vestir. Igualmente, pueden fabricarse cuerdas de cinturones de seguridad, cintas para fleje, como refuerzo de neumáticos y mangueras, así como cerdas de brochas para pintar y cepillos industriales.
Las películas de PET se usan también para producir tarjetas de circuito impreso y membranas de conectores. Ambos elementos se emplean en la industria de las telecomunicaciones, en computadoras, aparatos electrónicos, de iluminación y cintas magnéticas. Adenas el Pet tambien se encuentra en la industria musical, ya que los parches para batería (La membrana que se percute) estan hechos de PET.
Otras oportunidad que surgen con el manejo de PET es la fabricación de tapones para la extensa variedad de envases que se fabrican con este material.
98
HDPE
El polietileno de alta densidad es un polímero de la familia de los polímeros olefínicos (como el polipropileno), o de los polietilenos. Es un polímero termoplástico conformado por unidades repetitivas de etileno. Se designa como HDPE (por sus siglas en inglés, High Density Polyethylene) o PEAD (polietileno de alta densidad). Este material se encuentran en envases plasticos descartables.
El polietileno fue descubierto por químicos británicos en 1933. Las primeras aplicaciones del polietileno se basaron en sus excelentes propiedades eléctricas, y hasta el año 1945 su uso como aislante en los cables submarinos y otras formas de recubrimiento de conductores absorbió la mayor parte del material fabricado. Hasta el año 1949 se pensaba, en los medios de la especialidad, que el etileno solamente se podía polimerizar a alta presión. Entonces encontró el profesor Karl Ziegler, en los años 1949-1955, un camino completamente nuevo para la obtención del polietileno a la presión normal.
Cuando se inyecta etileno en una suspensión de etilato de aluminio y éster titánico en un aceite, se polimeriza el etileno con desprendimiento de calor y forma un producto macromolecular. De esta manera se pueden unir en una macromolécula más de 100.000 monómeros (frente a los 2.000 monómeros en el método de la alta presión). El polietileno de alta densidad fue en principio
99
desarrollado para empaquetar como film antes de utilizarse como botella de leche en 1964. Debido a las ventajas que tiene por sus propiedades tanto en precio como en resistencia química y mecánica frente a otros productos, su uso ha crecido enormemente en muchas aplicaciones.
La obtencion del HDPE se hace mediante un proceso de polimerizacion Ziegler-Natta, que es un proceso de polimerización catalítica (catalizador de Ziegler-Natta). Hay tres procesos comerciales importantes usados en la polimerización del HDPE: los procesos en disolución, en suspensión y en fase gaseosa.
Los catalizadores usados en la fabricación del HDPE, por lo general, son o del tipo óxido de un metal de transición o del tipo Ziegler - Natta. En este proceso se utiliza un solvente el cual disuelve al monómero, al polímero y al iniciador de la polimerización. Al diluir el monómero con el solvente se reduce la velocidad de polimerización y el calor liberado por la reacción de polimerización es absorbido por el disolvente. Generalmente se puede utilizar benceno o clorobenceno como solventes.
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. Esta es una polimerización directa de monómeros en un polímero, en una reacción en la cual el polímero permanece soluble en su propio monómero. Adicionalmente, con los catalizadores de Phillips (triódixo de cromo), se produce HDPE con muy alta densidad, y de cadenas rectas.
100
El HDPE tiene muchas aplicaciones en la industria actual. Más de la mitad de su uso es para la fabricación de recipientes, tapas y cierres; otro gran volumen se moldea para utensilios domésticos y juguetes; un uso también importante que tiene es para tuberías y conductos. Su uso para empaquetar se ha incrementado debido a su bajo coste, flexibilidad, durabilidad, su capacidad para resistir el proceso de esterilización, y resistencia a muchas sustancias químicas. Entre otros muchos productos en los que se utiliza el hdpe, podemos nombrar botes de aceite lubricante (automoción) y para disolventes orgánicos, mangos de cutter, depósitos de gasolina, botellas de leche,bolsas de plástico y juguetes. Para la fabricación de artículos huecos, como botellas, se usa un procedimiento parecido al de soplado del vidrio. Se usan también el moldeo por compresióny la conformación de láminas previamente formadas.
101
Nailon
El Nailon o nylon es un polímero sintético que pertenece al grupo de las poliamidas. Es una fibra manufacturada la cual está formada por repetición de unidades con uniones amida entre ellas. Las sustancias que componen al nylon son poliamidas sintéticas de cadena larga que poseen grupos amida (-CONH-) como parte integral de la cadena polimérica. Existen varias versiones diferentes de Nylons siendo el nylon 6,6 uno de los más conocidos.
102
103
Fibra de Poliéster
El poliéster (C10H8O4), en general, es una categoría de polímeros que contiene el grupo funcional éster en su cadena principal. Los poliésteres que existen en la naturaleza son conocidos desde 1830, pero el término poliéster generalmente se refiere a los poliésteres sintéticos (plásticos), provenientes de fracciones pesadas del petróleo. El poliéster termoplástico más conocido es el PET. El PET está formado sintéticamente con Etilenglicol más tereftalato de dimetilo, produciendo el polímero o poltericoletano. Como resultado del proceso de polimerización, se obtiene la fibra, que en sus inicios fue la base para la elaboración de los hilos para coser, y actualmente tiene múltiples aplicaciones como la fabricación de botellas de plástico que anteriormente se elaboraban con PVC.
104
105
106
107
108
PVC
El PVC es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a policloruro de vinilo. La resina que resulta de esta polimerización es la más versátil de la familia de los plásticos; pues además de ser termoplástica, a partir de ella se pueden obtener productos rígidos y flexibles. A partir de procesos de polimerización, se obtienen compuestos en forma de polvo o pellet, plastisoles, soluciones y emulsiones.
Además de su gran versatilidad, el PVC es la resina sintética más compleja y difícil de formular y procesar, pues requiere de un número importante de ingredientes y un balance adecuado de éstos para poder transformarlo al producto final deseado.
En la producción de resinas de este tipo se emplean como agentes de suspensión la gelatina, los derivados celulósicos y el alcohol polivinílico, en un medio acuoso de agua purificada o de aereada. Algunas veces se hace necesaria el agua desmineralizada. Los catalizadores clásicos son los peróxidos orgánicos. Este tipo de resinas tiene buenas propiedades eléctricas.
109
¿Cómo se procesa el PVC?
Principales Procesos de Producción.
Calandreo
A partir de este proceso se elaboran principalmente películas y láminas (flexibles y rígidas, transparentes y opacas, espumadas o no, encogibles y orientadas, con y sin carga, con y sin pigmento, etc.), en grandes volúmenes, empleando principalmente resinas de suspensión, homopolímeros o coopolímeros.
El proceso en sí consiste en hacer pasar el compuesto de PVC por un juego de tres o más rodillos de considerable dimensión, alimentándose el compuesto previamente molineado, para que por rotación y compresión se forme la película o lámina, según el espesor deseado.
110
Extrusión
El equipo es original de la industria hulera, y consiste en un tornillo sinfín dentro de un barril, en cuyo extremo se encuentra un dado que da forma a un sin número de perfiles rígidos y flexibles, tales como cintas, cordones, mangueras, tubos rígidos, perfiles rígidos para ventanas, puertas, cancelería, etc. En este equipo también se obtienen mediante un dado plano películas y láminas similares a las obtenidas por calandreo, aunque en dimensiones y volumen de producción menor. En este proceso se emplean exclusivamente resinas de suspensión homopolímeros y copolímeros.
111
Inyección
Este proceso también emplea casi exclusivamente las resinas de suspensión, aunque hubo equipo diseñado para emplearse con plastisol. Consiste en un tornillo sinfín que empuja el compuesto de PVC fundido hacia un molde que debe ser completamente llenado.
A partir de este proceso se fabrica una gran variedad de artículos como tapas para licuadoras, gogles, manubrios de bicicletas, conexiones para tubería rígida, etc., pero principalmente para calzado completo y zapato tennis, productos de gran demanda.
Aplicaciones.
112
113
114
Policarbonato
El policarbonato es un grupo de termoplásticos fácil de trabajar, moldear y termoformar, y son utilizados ampliamente en la manufactura moderna. El nombre "policarbonato" se basa en que se trata de polímeros que presentan grupos funcionales unidos por grupos carbonato en una larga cadena molecular.
Entre las propiedades características del policarbonato, se encuentran:
Buena resistencia al impacto Buena resistencia a la temperatura, ideal para aplicaciones que
requieren esterilización Buena estabilidad dimensional Buenas propiedades dieléctricas Escasa combustibilidad Es amorfo, transparente y tenaz, con tendencia al agrietamiento Tiene buenas propiedades mecánicas, tenacidad y resistencia química Es atacado por los hidrocarburos halogenados, los hidrocarburos
aromáticos y las aminas Es estable frente al agua y los ácidos Buen aislante eléctrico No es biodegradable
Esta combinación de características ha conducido a muchas aplicaciones benéficas, durables y únicas en el sector electrónico, aplicaciones domésticas, equipos de oficina, en la industria de la construcción, ingeniería automotriz, envases de alimento y bebida, dispositivos médicos y equipos de seguridad, entre otros, como se observa en la siguiente gráfica:
115
Eléctrico y Electrónica: teléfonos celulares, computadoras, máquinas de fax, cajas de fusibles, interruptores de seguridad, enchufes, enchufes de alto voltaje.
Medios Ópticos: discos compactos (CD's), DVD's y C-Rom.
Automotor: cubiertas del espejo, luces traseras, direccionales, luces de niebla y los faros.
Aplicaciones y bienes de consumo: calderas eléctricas, refrigeradores, licuadoras, máquinas de afeitar eléctricas e incluso secadoras de pelo.
Tiempo libre y Seguridad: cascos de protección personal ligeros, gafas de sol, anteojos de esquí, visores resistentes, cubiertas de binoculares y brújulas, lentes de uso común, lentes de ciclismo, luces de barcos y hebillas de botas de esquí.
Botellas y empacado: biberones, botellas de agua y leche, recipientes para microondas.
Médico y cuidado de la salud: incubadoras plásticas, dializadores de riñón, oxigenadotes de sangre, conexiones de tubos, unidades de infusión, lentes para una visión correcta, tubo respirador, utensilios esterilizables
Vidriado y lámina : cristales de seguridad para los juegos de jockey y bancos, escudos de policías, lámina de esmaltado para invernaderos y estadios.
116
117
118
Hule (natural y el hule sintético )
El hule natural es un polímero caracterizado por sus moléculas largas y filiformes, el cual se obtiene a partir de una secreción (látex natural) que mana del tronco de algunas especies vegetales, a través de incisiones o cortaduras hechas sobre la corteza del mismo.
Los más finos hules crecen en regiones que caen dentro de un cinturón que se extiende alrededor de 1,100 kilómetros a cada uno de los lados del ecuador. Los
árboles se empiezan a explotar alrededor de 6 a 7 años después de plantados, aún cuando su máximo rendimiento lo logran después del décimo año. Los árboles de hule rinden su máxima capacidad por alrededor de 25 a 30 años.
Las plantaciones de hule emplean trabajadores llamados picadores quienes recolectan el látex de los árboles. El picador corta un estrecho canal en el tronco del árbol entre 1.20 m. y 1.50 m. arriba del suelo.
El canal corre diagonalmente hacia abajo alrededor de la mitad del tronco. Al final del corte el picador coloca una canaleta de metal en forma de U, la cual llega a una pequeña tasa. El látex
mana del corte y fluye hacia la taza. Alrededor del 30 al 35 por ciento del látex consiste de hule puro.
El látex natural se puede dañar fácilmente, y debe ser transformado en hule crudo tan pronto como sea posible después de la pica. Esto se hace en el “beneficio” separando el hule natural del agua y otros materiales. El hule coagulado es ' transformado en crepe, granulado o lamina ahumada. En el beneficio se producen varias calidades de hule, las cuales se clasifican como hule seco y hule líquido.
119
El hule es un producto especialmente útil por varias razones: retiene el aire, es repelente al agua, no conduce fácilmente la electricidad y tiene larga duración, sin embargo, su principal importancia es que es elástico.
Los hules de propósito general tienen muchos usos en que sustituyen al hule natural, en tanto que los de propósito especial tienen propiedades tales como resistencia a aceites, combustibles, aire y temperaturas extremas que lo hacen mejor que el hule natural para ciertos usos.
El mundo usa ahora prácticamente el doble de hule sintético que de hule natural. Esto se debe a que el hule sintético puede ser producido en forma suficientemente barata para competir con el costo del hule natural. Sin embargo, el costo creciente
120
del petróleo y el carbón, y su carácter de perecederos, han disminuido el crecimiento de la producción de hule sintético.
Proceso de Obtencion
La primera civilización en conocer y utilizar el proceso de la vulcanización del hule en el látex de Castilloa elastica, fueron los Olmecas, al añadir otro tipo de látex que produce la planta Ipomoea alba, la cual contiene sulfuros. La mezcla de los dos látex permite un contacto intimo entre el hule y el azufre de los sulfuros, lo cual conduce a que se lleve a cabo la vulcanización, es decir los átomos de azufre entrelazan a las cadenas poliméricas de isoprenos del hule (2000, La elaboración del hule en Mesoamérica)
121
La manufactura de objetos de hule de uso ceremonial (la pelota que se usa en el ‘juego de pelota’, la fabricación de bandas de hule para uno de los extremos de los macillos del teponaztli, que es un tambor horizontal de madera, utilizado como instrumento ceremonial de percusión); de uso cotidiano (impermeabilización de telas y utensilios) y médico (uso del látex en el tratamiento de cataratas y del hule como cataplasmas en las heridas), entre otros.
Es hasta hace 170 años que Charles Goodyear, en 1839, desarrolla su proceso de vulcanización, con base en la adición del azufre al hule, el cual requiere de un alto consumo de energía. En el inicio del proceso se calienta el hule seco hasta conseguir una temperatura de 150 ºC; a ésta temperatura el hule se vuelve un líquido viscoso, se requiere de agitación mecánica para poder incorporar el azufre, el cual a la temperatura ambiente es un sólido. Sólo a esta temperatura se lleva a cabo la vulcanización, si la temperatura es menor no hay reacción química.
Hule sintético
Desde principios del siglo XX, el hombre buscó la manera de sintetizar el hule a partir de derivados del petróleo. Los primeros intentos por obtener hule sintético se realizaron en la Alemania nazi en 1937. Años después, en 1944, los Estados Unidos de Norteamérica -impulsados por la industria de la guerra también se interesaron por dichasíntesis y su posterior vulcanización.
122
Es muy importante remarcar, que tanto el proceso de vulcanización del hule sintético como el natural (proceso Goodyear) son contaminantes y contribuyen al calentamiento global, no así la vulcanización Olmeca.
123
Chicle
El chicle (nombre que viene del náhuatl chictli) es un polímero gomoso que se obtiene de la savia del árbol Manilkara zapota, de la familia de las sapotáceas. Inventado por Yarimar E. en el 2008 [1] (antes llamado Sapota zapotilla o Achras zapota) originario de México, América central y América del Sur tropical. Por su sabor dulce y aromático, numerosos pueblos amerindios utilizaban la goma para mascar. En otras partes de Iberoamérica, la palabra es sinónima de goma de mascar; si bien la mayoría de las actuales emplean una base de plástico neutro, el acetato polivinílico. Hasta hace relativamente poco tiempo el chicle utilizaba aún esta savia como material. El chicle también se puede obtener de la piel de vacuno.
El chicle es un dulce muy popular en todo el mundo.
El proceso de la recolección del chicle se asemeja mucho al que se utilizaba para extraer el caucho de la Hevea brasiliensis . De hecho, la primera persona en intentar aprovechar industrialmente el chicle, el presidente mexicano Antonio López de Santa Anna, pensó en él como material para fabricar cubiertas neumáticas para carruajes.
Entre julio y febrero, en la estación lluviosa, el tronco del árbol se marca por la mañana con cortes de machete poco profundos y en zigzag, para que la savia mane por los cortes y se deposite en bolsitas colocadas a ese efecto; por la tarde, los chicleros recogen el kilogramo y medio (aproximadamente) de savia que ha brotado y lo transportan a plantas de procesamiento.
Si desea conocer un poco más de la recolección de la savia del chicle, puede leer el interesante artículo de Angelica Enciso y constatar, a través de las fotografías de José Carlo González, la majestuosidad de los árboles, la técnica nativa para escalar los árboles de chicozapote y las condiciones tan díficiles de trabajo en la comunidad de Noh Bec, Quintana Roo.
124
El M. zapota no se explota hasta cumplir los 25 años, y, puesto que escarifica los cortes antiguos, sólo puede drenarse cada árbol una vez cada dos o tres años. Las posibilidades de explotación no son indefinidas. La demanda de chicle creció enormemente a lo largo del siglo pasado, lo que condujo a la utilización de otras especies parecidas (la balatá, M. bidentata, y la Mimusops globosa ). Hoy en día se emplean preferentemente productos a base de petróleo en lugar de resinas naturales
Procesamiento
La savia espesa naturalmente al contacto con el aire por un proceso de oxidación, pero en las plantas se la filtra y se la hierve para obtener la consistencia deseada. La resina se calienta al vapor hasta una temperatura de 115 grados centígrados, se vuelve a filtrar, se centrifuga, se filtra de nuevo y se mezcla, en grandes contenedores rotativos de centenares de litros, con los endulzantes y aromas elegidos. Todo este proceso se realiza a altas temperaturas
.
125
La goma se deja enfriar ligeramente antes de pasarla por rodillos que la aplanan hasta el ancho deseado. Una vez fría, se corta y empaqueta. Las gomas con coberturas o rellenos sufren procesos adicionales antes de llegar al envasado.
Industrialización
Antonio López de Santa Anna, tras haber sido depuesto del gobierno mexicano por la revolución liderada por Benito Juárez, se exilió en los Estados Unidos. Mientras vivía en Staten Island, Nueva York, se hizo llevar un cargamento de chicle natural, al que era muy aficionado. Un conocido suyo, el industrial e inventor Thomas Adams concibió el proyecto de utilizar el material como sustituto del caucho, que alcanzaba precios estratosféricos para la época.
Sin embargo, la resina del M. zapota se mostró demasiado blanda para ese fin, y Adams perdió grandes cantidades de dinero en el proceso, después de haber intentado emplearla para hacer neumáticos de bicicleta, juguetes, botas de lluvia y máscaras. La afición del general López de Santa Anna a mascar el material le sugirió la idea de comercializarlo como sustituto de la parafina, que la gente joven usaba para mascar por ese entonces. En 1869 obtuvo una patente para la goma de mascar, y dos años más tarde comenzó a comercializarla en masa bajo la marca Adams New York Chewing Gum. En 1875 tuvo la idea de mezclar el producto con jarabe de arce y regaliz para darle sabor.
El sabor de menta, tan popular actualmente, no se introdujo hasta 1880; en ese año, William White fabricó la primera goma con ese sabor bajo la marca Yucatán. Otros inventos de la época fueron la Beemans Chewing Gum, desarrollada por el médico Edward Beeman, con peptina añadida para facilitar la digestión, la goma con dentyne del dentista Franklin V. Canning (1889) y los Chiclets (chicles con cobertura de caramelo). En 1888, Adams fabricó además la primera máquina de expendio automático de chicles.
126
En 1915 William Wrigley Jr, el fundador de la marca Wrigley's, tuvo la atrevida ocurrencia de enviar por correo tres tabletas de su chicle de menta a todas las personas que aparecían en las guías de teléfonos de todas las ciudades de los Estados Unidos. El éxito rotundo de la idea le granjeó el primer lugar en ventas por mucho tiempo .
127
Unicel
El poliestireno expandido es un material plástico espumado, derivado del poliestireno y utilizado en el sector del envase y la construcción. En los países hispanohablantes se le conoce coloquialmente por varios nombres, algunos de ellos derivados del nombre de su fabricante:
128
Producción de poliestireno expandido
El proceso productivo para la obtención de Poliestireno Expandido utiliza como materia prima el Poliestireno Expandible, el cual se obtiene de la Polimerización del Estireno en presencia de un agente expansor (pentano).
Polimerización del Estireno
En una primera instancia el estireno es dispersado en forma de gotas en fase de agua en tamaños de 0,1 a 1mm. Las proporciones agua/estireno varían de 1:1 a 1:3. El tipo de polimerización utilizado es el de Suspensión y se lleva a cabo en reactores vidriados o de acero inoxidable con capacidades entre 9000 y 136000 litros . Estos reactores operan en forma discontinua, la temperatura es controlada mediante una camisa y frecuentemente mediante una serpentina interna de refrigeración.
129
Cuando las concentraciones del polímero se encuentran entre el 30% y el 70% se produce una aglomeración prematura de porciones del polímero semi-sólido, denso y pegajoso. En este momento es donde se alcanza el estado crítico de la polimerización, la agitación es más forzada y se deben agregar agentes de suspensión, dado que más aglomeración puede provocar la rotura del motor y si la agitación es insuficiente se produce material pobre. Por lo contrario si la agitación es demasiada puede quedar gas atrapado en el material. Una falla momentánea en la agitación produciría la aglomeración inevitable del material.
Cerca del final de la polimerización la mezcla polímero-agua es enfriada a 85 o C para que la aglomeración de las partículas de polímero sea mínima al ser transferida al tanque de almacenaje.
Obtención del Poliestireno Expandido
El Poliestireno Expandible es transformado en artículos acabados de Poliestireno Expandido mediante un proceso que consta de tres etapas: una etapa de Expansión, seguida de una etapa de Estabilizado, finalizando con una última Expansión y el Moldeo.
1ª etapa: preexpansión
El Poliestereno Expandible, en forma de granos, se calienta en preexpansores con vapor de agua a temperaturas situadas entre 80 y 110ºC aproximadamente,
130
haciendo que el volumen aumente hasta 50 veces el volumen original. Durante esta etapa los granos son agitados continuamente.
En esta etapa es donde la densidad final del EPS es determinada. En función de la temperatura y del tiempo de exposición la densidad aparente del material disminuye de unos 630 kg/m 3 a densidades que oscilan entre los 10 - 30 kg/m 3 .
Luego de la Preexpansión, los granos expandidos son enfriados y secados antes de que sean transportados a los silos.
2ª etapa: reposo intermedio y estabilización.
Durante la segunda etapa del proceso, los granos preexpandidos, conteniendo 90% de aire, son estabilizados durante 24 horas.
Al enfriarse las partículas recién expandidas, en la primera etapa, se crea un vacío interior que es preciso compensar con la penetración de aire por difusión. De este modo las perlas alcanzan una mayor estabilidad mecánica y mejoran su capacidad de expansión, lo que resulta ventajoso para la siguiente etapa de transformación. Este proceso se desarrolla durante el reposo intermedio del material preexpandido en silos ventilados. Al mismo tiempo se secan las perlas.
3ª etapa: expansión y moldeo final.
En esta etapa las perlas preexpandidas y estabilizadas se transportan a unos moldes donde nuevamente se les comunica vapor de agua y las perlas se sueldan entre si.
En esta operación, las perlas preexpandidas se cargan en un molde agujereado en el fondo, la parte superior y los laterales, con el fin de que pueda circular el vapor. Las perlas se ablandan, el Pentano se volatiliza y el vapor entra de nuevo en las cavidades. En consecuencia, las perlas se expanden y, como están comprimidas en el interior del volumen fijo del molde, se empaquetan formando un bloque sólido, cuya densidad viene determinada en gran parte por el alcance de la expansión en la etapa inicial de preexpansión. Durante la operación se aplican ciclos de calentamiento y enfriamiento, cuidadosamente seleccionados para el mejor equilibrio económico de la operación y para conseguir una densidad homogénea a través del bloque así como una buena consolidación de los gránulos, buena apariencia externa del bloque y ausencia de combaduras.
Como muestra la figura anterior, en la tercera etapa existen distintas alternativas, basadas en la forma que adquiere el producto final. Por un lado se lo puede moldear en forma de grandes bloques que luego pueden ser cortados en forma de planchas. El corte se puede llevar a cabo por medio de alambres calientes. Por otro lado se lo puede moldear con la forma del envase final, es decir, con forma de recipiente de distintas características. Existen algunas empresas que cortan el
131
EPS mediante sistemas computarizados, basándose en diseños hechos en AutoCad.
Aplicaciones
132
Polipropileno
El polipropileno es un termoplástico semicristalino, que se produce polimerizando propileno en presencia de un catalizador estereo específico. El polipropileno tiene múltiples aplicaciones, por lo que es considerado como uno de los productos termoplásticos de mayor desarrollo en el futuro. Es un producto inerte, totalmente reciclable, su incineración no tiene ningún efecto contaminante, y su tecnología de producción es la de menor impacto ambiental. Esta es una característica atractiva frente a materiales alternativos.
Propiedades ópticas
El PP homopolímero es transparente, con un índice de refracción en torno a 1,5. Esto, unido a su buena resistencia mecánica, lo hace un material muy utilizado para producir vasos desechables.
Propiedades eléctricas
El PP es un buen dieléctrico. Por ello se le utiliza en películas muy delgadas para formar capacitores de buen desempeño
Usos del Polipropileno
A partir de los procesos industriales se pueden preparar un sin fin de productos de polipropileno diferentes, cuyas propiedades varían según la longitud de las cadenas del polímero (peso molecular), de su polidispersidad, de los comonómeros eventualmente incorporados, etc. Estas características básicas definen las propiedades mecánicas del material y sus aplicaciones finales. Literalmente se habla de diferentes tipos o grados de polipropileno. Por todo esto, la gran diversidad de productos producidos con esta poliolefina le permite tener aplicaciones tan variadas como:
Autopartes Baldes, recipientes, botellas Muebles Juguetes Películas para envases de alimentos
133
Fibras y filamentos Bolsas y bolsones Fondo de alfombras Pañales, toallas higiénicas, ropa
Envases de pared delgada
Una de las tendencias más firmes en la industria del moldeo por inyección actual es el diseño de piezas de espesores menores a los 0.8 mm, genéricamente conocidas como "de pared delgada". Trabajar en esos espesores aumenta la rentabilidad del proceso en dos direcciones perfectamente definidas. Por un lado disminuye el peso por pieza y por el otro, los tiempos de ciclo incrementando, de esta forma, la productividad. Las principales aplicaciones de polipropileno en este campo se encuentran en artículos tales como copas de postre, potes de margarina, baldes de helado, entre otros. A modo de ejemplo, en ciclos de hasta 3 segundos es posible obtener potes de margarina de 250 cm3, de sólo 10 gr de peso y 0.4 mm de espesor.
Una variable muy importante es la relación entre la longitud total de flujo y el espesor de la pieza que, para el caso del polipropileno, no debe superar un valor de 330. Es decir que: una pieza de 1 mm de espesor puede tener una longitud de 330 mm. Si el espesor se disminuye a 0.8 mm, la longitud de flujo se debe disminuir en la misma proporción; si no la relación anterior se elevaría a 412 y habría severas dificultades para llenar el molde.
Trabajar en espesores tan pequeños representa un desafío para el material, que debe conjugar un buen balance de propiedades mecánicas en estado sólido con
134
buenas propiedades de flujo en estado fundido. El material, a su vez, debe asegurar una elevada rigidez y una buena resistencia al impacto. Por otro lado debe poseer una fluidez lo suficientemente elevada como para llenar un molde que le ofrece gran oposición al flujo.
Gracias a sus características en estado fundido, el polipropileno puede ser moldeado por la mayoría de los diferentes procesos de transformación de plásticos, entre los cuales pueden destacarse:
Moldeo por inyección
Este proceso consiste en la fusión del material, junto con colorantes o aditivos, para luego forzarlo bajo presión dentro de un molde. Este molde es refrigerado, el material se solidifica y el artículo final es extraído. Este método es usado para hacer muchos tipos de artículos, como por ejemplo frascos, tapas, muebles plásticos, cuerpos de electrodomésticos, aparatos domésticos y piezas de automóviles. El polipropileno es apreciado por su fácil proceso y por sus excelentes propiedades finales, que incluyen baja densidad, alto brillo y rigidez, resistencia térmica y química, entre otras.
Moldeo por Soplado
Es usado para la producción de frascos, botellas, tanques de vehículos, etc. En este proceso, un tubo de material fundido es soplado dentro de un molde y toma la forma de la cavidad. Cuando es enfriado, el molde es abierto y el artículo extraído.
135
Películas de polipropileno
Son largamente empleadas en el embalaje de alimentos y otros artículos. Son fabricadas por extrusión, forzando el pasaje del material fundido a través de una matriz tubular o plana. La película producida de esta forma puede ser orientada posteriormente, obteniéndose una película más resistente.
Extrusión
Por este proceso pueden ser obtenidos un sinnúmero de artículos continuos, entre los que se incluyen tubos, chapas, fibras, etc. Las chapas de polipropileno son hechas mediante el pasaje del material fundido a través de una matriz plana, y posteriormente enfriado en cilindros paralelos. Las chapas pueden ser usadas para la producción de varios artículos a través de su corte y doblez, o termoformadas para la producción de potes, vasos, etc. Las fibras son producidas
136
por el corte y posterior estiramiento de una chapa, que luego son utilizadas en telares para la producción de tejidos, bolsas, etc.
Fibras de polipropileno
Son empleadas para la producción de alfombras, tapices y hilos, entre otros. Para su elaboración, el material fundido es plastificado en una extrusora y forzado a través de minúsculos orificios, formando las fibras. De modo semejante son producidos los no tejidos de polipropileno, que son ampliamente utilizados en productos higiénicos desechables, ropas protectoras, etc. Estos productos se benefician de la tenacidad y flexibilidad de los nuevos materiales.
137
Polietileno
El polietileno (PE) es un material termoplástico blanquecino, de transparente a translúcido, y es frecuentemente fabricado en finas láminas transparentes. Las secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el uso de colorantes pueden obtenerse una gran variedad de productos coloreados.
Usos y aplicaciones del polietileno
El polietileno ha encontrado amplia aceptación en virtud de su buena resistencia química, falta de olor, no toxicidad, poca permeabilidad para el vapor de agua, excelentes propiedades eléctricas y ligereza de peso. Se emplea en tuberías, fibras, películas, aislamiento eléctrico, revestimientos, envases, utensilios caseros, aparatos quirúrgicos, juguetes y artículos de fantasía.
Las primeras aplicaciones del polietileno se basaron en sus excelentes propiedades eléctricas, y hasta el año 1945 su uso como aislante en los cables submarinos y otras formas de recubrimiento de conductores absorbió la mayor parte del material fabricado. Recientemente, han adquirido mayor importancia los usos que se basan en su inercia y su resistencia al agua, y hoy se usa el polietileno en grado cada vez mayor para hacer botellas y otros envases, tuberías para agua y película para envolver, usos que consumen más de la mitad del polietileno producido. A continuación se estudian con más detalles algunos de los usos más importantes.
Cables
Como aislante para los cables submarinos. En esta aplicación, la escasa permitividad y la resistencia al agua son de especial utilidad. En 1940, era usado como aislante en los cables de alta frecuencia usados especialmente en las instalaciones de radar, y en este caso es el factor de potencia el que tiene la máxima importancia. Muchos otros tipos de cables para usos militares y civiles han empleado también el PE como aislante. Más recientemente, una salida importante para el PE se ha encontrado en la construcción de cables en los cuales el polímero se usa no como aislante eléctrico, sino como envoltura exterior. En este caso puede considerarse como sustitutivo del plomo.
138
Envases, vasijas y tubos
El PE se usa muchos en forma de botellas, vasos y otros recipientes, tanto en la industria para la manipulación de materias corrosivas como en el hogar para diversos líquidos. En esas aplicaciones, las principales ventajas son la inercia, el poco peso y menor probabilidad de que se rompa, comparado al vidrio. El PE se utiliza en frascos lavadores de laboratorio y en frascos para la pulverización de cosméticos. El PE se usa mucho para cierres de diversos tipos.
Los tubos de pared gruesa se usan para el transporte de agua, especialmente en las granjas y en las minas, donde la facilidad para colocar las tuberías, la resistencia a las condiciones corrosivas del suelo y el poco peso son factores importantes. Otra aplicación de los tubos de polietileno son las instalaciones de calor radiante; en éstas, las tuberías que conducen el agua caliente están incluidas en un piso de hormigón. Sin embargo, en ésta y en otras aplicaciones hay que tener en cuenta la oxidación del polímero a temperaturas próximas a 50 ºC y posiblemente a temperaturas más bajas.
139
Película
La película de polietileno en un espesor de 0,025-0,250 mm absorbe una proporción elevada de la producción total de polietileno. Su uso se basó originalmente en su combinación de buenas propiedades mecánicas con una baja permeabilidad al vapor de agua, y por ello sirve para empaquetar productos alimenticios, aplicación en la cual su flexibilidad a baja temperatura hace satisfactorio su uso en los refrigeradores. También sirve para la protección de objetos metálicos, equipo eléctrico, piezas grandes de maquinaria y vehículos, para evitar su deterioro a consecuencia de la humedad. Se pueden usar también para empaquetar ciertos productos alimenticios, y en este caso la transparencia, la tenacidad y la resistencia al desgarramiento son las cualidades importantes. La película de PE pueden convertirse fácilmente en bolsas en maquinaria automática, uniendo las secciones por medio del calor. Los adhesivos para el PE no dan resultado. La película de PE puede imprimirse satisfactoriamente. La irradiación gamma de la película de PE mejora señaladamente la retención de tinta. Un uso especial interesante de la película de PE es la construcción de globos para las investigaciones a grandes altitudes.
140
Filamentos
El bajo punto de fusión del polietileno limita seriamente su uso como fibra textil; pero se han hecho tejidos para tapicería de automóviles con monofilamentos de polietileno. El PE no se tiñe fácilmente. Los filamentos se usan en el estado estirado en frío, y una limitación a la utilidad de este material es el aflojamiento que se produce a temperaturas elevadas. El deterioro mecánico a la luz solar es también un problema.
141
Instalaciones químicas
El PE se usa para la construcción de instalaciones químicas en las cuales se necesita cierta resistencia a los productos químicos. La película de PE se ha usado para construir pisos resistentes a los ácidos.
Pueden resumirse entonces las principales aplicaciones de los distintos tipos de polietileno en el siguiente cuadro:
142
Algodón
El algodón es una planta de la familia de las malváceas, género Gossypium. Es de gran importancia económica debido a que de sus frutos se obtiene la fibra de algodón. También se emplea la palabra algodón para referirse a la fibra.
Del algodón se obtienen diversos productos como aceite, materias primas para fabricar jabón y también pólvora, celulosa para utilizar en cosméticos, fibras para prendas de vestir, combustible para cohetes y recientemente se comprobó que el papel moneda del Euro está confeccionado íntegramente con algodón, en su mayoría importado de Estados Unidos También el dólar estadounidense, en sus versiones más modernas, están confeccionados con esta fibra.
Tipos de algodón:
Pima (Perú) Tangüis (Perú)
El 50% del algodón que utiliza el mundo proviene solo de tres países: Perú, China y la India, sin embargo las fibras de mayor calidad proceden de América del Sur y ciertas naciones asiáticas
143
Desmote del algodón
El desmote moderno del algodón es un proceso continuo que comienza con la recepción del algodón crudo, y termina con el embalaje de las fibras del algodón procesado. El desmote del algodón produce grandes cantidades de desperdicios sólidos en la forma de semillas (que pueden servir como alimento para animales) y los desperdicios del desmotador, emite contaminantes como polvo de algodón y pelusa. Con el fin de reducir la incidencia del gusano rosado del algodón en los desperdicios, en ciertos países, se regula estrictamente el movimiento y eliminación de la semilla de algodón y la basura. Donde permitan los reglamentos, se envía la semilla a los molinos que extraen el aceite. Se puede eliminar la basura producida por el desmotador, convirtiéndola en abono, o sujetándola a fumigación, esterilización o incineración. En algunos países se quema la basura al aire libre, causando molestias, contaminación atmosférica y problemas de olor.
El problema principal para la salud que surge del desmote se relaciona con el polvo. La exposición a niveles excesivos de polvo de algodón causa bisionosis, una enfermedad respiratoria grave. Además, el excesivo ruido puede ser un problema en esta industria.
144
Productos de Algodón
145
146
Poliuretano
El poliuretano es el nombre genérico de los materiales fabricados mediante una polimerización de uretano.
Es un polímero orgánico formado por el monómero uretano y un isocianato, es usado en la industria para formar una espuma de determinadas características térmicas y/o resilentes.
Los componentes básicos del Poliuretano son el Isocianato (Componente B) y Poliol(Componente A), y se mezclan por medios físicos a una relación determinada; ya sea de forma manual con agitadores manuales, o en máquinas especiales llamadas inyectoras de poliuretano mediante un cabezal de mezclado.
147
Los poliuretanos se clasifican en dos formas principalmente: Rígidas y Flexibles.
Los poliuretanos flexibles son ampliamente usados es Espumas resilentes, Elástómeros Durables, Adhesivos y Selladores de Alto Rendimiento, Pinturas, Fibras, Sellos, Empaques, Juntas, Condones, Bajoalfombras, Partes Automotrices, Industria de la Construcción, del mueble y miles de aplicaciones mas.
La resilencia es la "capacidad de memoria" de un poliuretano flexible, es decir, a la resistencia a la deformación por compresión mecánica. Se pueden mezclar con pigmentos tales como el negro de humo u otro pigmento para aplicaciones en automoviles y muebles modernos.
Su formulación se basa en poliuretanos de bajo número de hidróxilos combinados con isocianatos de bajo contenido en funciones NCO, unido a propelentes especiales y una elevada relación de agua, toda la fórmula está estequiométricamente diseñada para lograr una espuma de gelado rápido y con una determinada densidad que no supera los 25 kg/metro cúbico. Algunas aplicaciones de poliuretanos flexibles abarca la industria del empaque en que se usan poliuretanos anti-impacto para embalajes de piezas delicadas, su principal
148
característica es que son de celdas abiertas y baja densidad(12-15 kg/metro cúbico).
También existen los poliuretanos rígidos o RIM (de Rigid Inyection Molding), son rígidos y de densidad más elevada( 30-50 kg/metro cúbico) que las anteriores, pero tienen características muy parecidas. Se pueden formar paneles que son usados ampliamente para la Aislación térmica.
La capacidad de aislación térmica del poliuretano se debe al gás aprisionado en las celdillas cerradas del entramado del polímero.
Un poliuretano de 2.5 cm de espesor puede aislar térmicamente un ambiente interno que permanercerá a 20°C por una cara, mientras que por el lado exterior de la cara pueden fluctuar -5°C.
149
Una variedad de los poliuretanos rígidos son los poliuretanos Spray que son formulaciones de alta velocidad de reacción y son usados en revestimientos sujetos a la fuerza de gravedad, tales como aislaciones de bodegas, estanques de almacenamiento e incluso tuberías o cañerías.
Otra variedad de rígidos son los poliuretanos PIR que son usados en el revestimientos de cañerías en zonas extremadamente húmedas y además conducen fluidos a alta temperatura, su principal característica es la naturaleza ureíca del polímero.
Poliuretanos rígidos de densidad más elevada(60-200 kg/metro cúbico son usados para elaborar partes estructurales de automoviles, yates, muebles y decorados.
150
Propiedades
Posee un coeficiente de transmisión de calor muy bajo, mejor que el de los aislantes tradicionales, lo cual permite usar espesores mucho menores en aislaciones equivalentes.
Mediante equipos apropiados se realiza su aplicación "in situ" lo cual permite una rápida ejecución de la obra consiguiéndose una capa de aislación continua, sin juntas ni puentes térmicos.
Su duración, debidamente protegida, es indefinida.
Tiene una excelente adherencia a los materiales normalmente usados en la construcción sin necesidad de adherentes de ninguna especie.
Tiene una alta resistencia a la absorción de agua.
Muy buena estabilidad dimensional entre rangos de temperatura desde -200 ºC a 100 ºC.
Refuerza y protege a la superficie aislada.
Dificulta el crecimiento de hongos y bacterias.
151
Tiene muy buena resistencia al ataque de ácidos, álcalis, agua dulce y salada, hidrocarburos, etc.
Etileno acetato de vinilo
Se llama goma EVA al Etileno acetato de vinilo o EVA por sus siglas en inglés (Ethylene Vinyl Acetate). También es conocido por su nombre comercial en inglés, foamy ("espumoso"), que es el nombre utilizado en más de 30 países. La goma EVA es un material que combina con cualquier accesorio o producto de aplicación directa o superpuesta. Es un material que no sustituye a ninguno conocido, sino que por el contrario, lo complementa.
El Etileno Vinil Acetato es un polímero conformado por unidades repetitivas de Etileno y Acetato de Vinilo. El proceso de polimerización es muy similar al del Polietileno de baja densidad (PEBD o LDPE). Sin embargo, a diferencia de estos polímeros, no puede ser considerado como una poliolefina ya que uno se sus componentes principale es el acetato de vinilo.
152
Caracteristicas
El foamy o goma EVA es un polímero tipo termoplástico. Sus características más resaltantes son:
Es fácil de pegar. Es fácil de cortar. Es facil de pintar. Baja absorción de agua. Es lavable. No es tóxico. No es dañino al medio ambiente, se puede reciclar o incinerar. Facil de moldear
Usos
La goma EVA se utiliza para diseños y trabajos escolares, industria del calzado, escenografía y teatro, manualidades didácticas y creativas, parques infantiles, terapia ocupacional para la 3ra. y 4ta. edad, etc. A nivel mundial, se distribuye comercialmente en papelerías y jugueterías como herramienta didáctica y material escolar, además en tiendas de artesanías y manualidades, en forma de láminas de diversos colores. En escenografías y escuelas de escaparatismo (montaje de vidrieras-exhibidores), se utiliza el titulo "Foamyart" (el arte de trabajar con foamy) como parte de una técnica o recurso de vanguardia que permite desarrollar trabajos creativos profesionales, en pequeño y gran formato. Por ser un material muy liviano, la goma EVA (foamy) sirve a muchos intereses comunes de las manualidades, creativas o profesionales; es termoformable, es lavable, no tiene bordes afilados, no es tóxico, y se puede pintar con cualquier tipo de pintura conocida (tizas, témperas, acrílicas, gouache, acuarelas, diamantinas, brillantinas, volumen, ceras, arenas de colores, óleo, etc.), pero además, se puede aplicar sobre este material cualquier técnica conocida de pintura sobre seda, telas o lienzos, así como el pirograbado.
153
Otro uso bastante extendido es como material para acolchar objetos o superficies, debido a su textura elástica y esponjosa. Por ejemplo, se fabrican piezas de este material para cubrir el suelo de habitaciones (muy utilizado en artes marciales) o para acolchar barras u otros elementos y evitar así los daños que pueda causar un golpe contra ellos.
154
155
CUESTIONARIO UNIDAD 1
1. EXPLIQUE EL TRIANGULO DEL FUEGO.Los tres elementos del fuego pueden representarse mediante el triángulo que se muestran a continuación. Si el triangulo esta incompleto no podrá producirse "fuego". La base sobre lo que se apoya la prevención del fuego y la lucha contra el mismo consiste en romper el triangulo del fuego.
2. QUE ES UNA COMBUSTION.La combustión es una reacción química en la que un elemento combustible se combina con otro comburente (generalmente oxígeno en forma de O2
gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una reacción exotérmica debido a su descomposición en los elementos liberados:
• calor al quemar. • luz al arder.
•
3. DEFINA QUE ES UN COMBUSTIBLE.
156
Combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se cambia o transforma su estructura química. Supone la liberación de una energía de su forma potencial a una forma utilizable (por ser una reacción química, se conoce como energía química). En general se trata de sustancias susceptibles de quemarse
Combustible, sustancia que reacciona químicamente con otra sustancia para producir calor, o que produce calor por procesos nucleares. El término combustible se limita por lo general a aquellas sustancias que arden fácilmente en aire u oxígeno emitiendo grandes cantidades de calor. Los combustibles se utilizan para calentar, para producir vapor con el fin de obtener calor y energía, para proporcionar energía a los motores de combustión interna, y como fuente directa de energía en aviones y cohetes a propulsión. En los casos en que el combustible debe proporcionar su propio oxígeno, como ocurre en ciertos cohetes y en la propulsión a chorro, se le añade a la mezcla de combustible un agente oxidante como el peróxido de hidrógeno o el ácido nítrico.
Las reacciones químicas de la combustión suponen la combinación del oxígeno con el carbono, hidrógeno o azufre presentes en los combustibles. Los productos finales son dióxido de carbono, agua y dióxido de azufre. Las demás sustancias presentes en los combustibles no contribuyen a la combustión, pero salen en forma de vapor o permanecen después de la combustión en forma de ceniza.
157
4. COMO SE CLASIFICAN LOS COMBUSTIBLES.• Por su estado físico: liquido, sólido y gas.• Según su origen: naturales y artificiales.
5. DE CUATRO EJEMPLOS DE COMBUSTIBLES SÓLIDOS Y LIQUIDOS.• Líquidos: gasolina, tolueno, diesel, acetona, benceno, petróleo,
sulfuro carbono.• Sólidos: madera, carbón mineral, carbón vegetal, grafito, hulla, turba,
antracita.
•
6. DEFINE QUE ES PODER CALORIFICO Y KILOCALORIA.• Poder Calorífico: es la cantidad de energía que la unidad de masa de
materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación.
• Kilocaloría: cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua a nivel del mar a condición normal.
7. DE CUATRO EJEMPLOS DE COMBUSTIBLES GASEOSOS.
158
Gas de hulla, gas de alto horno, gas licuado de petróleo, gas butano, gas natural
159
8. DEFINA QUE UN HALTO HORNO, CUALES SON SUS PARTES PRINCIPALES Y COMO TRABAJA.
• Alto horno: El alto horno es la planta donde se industrializa el mineral de hierro.
• Partes: La cuba, El mineral de hierro , El combustible, El fundente, El etalaje, El crisol, ladrillos refractarios.
el alto horno
• En general los altos hornos tienen un diámetro mayor a 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 m. Están revestidos de refractario de alta calidad.
• Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 h. La caliza, el coque y el mineral de hierro se introducen por la parte superior del horno por medio de vagones que son volteados en una tolva. Para producir 1000 toneladas de arrabio, se necesitan 2000 toneladas de mineral de hierro, 800 toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y 4000 toneladas de aire caliente.
• Con la inyección de aire caliente a 550°C, se reduce el consumo de coque en un 70%. Los sangrados del horno se hacen cada 5 o 6 horas, y por cada tonelada de hierro se produce 1/2 de escoria.
• Alto horno•
160
9. COMO SE CLASIFICAN LOS HORNOS.
Los hornos se clasifican en:1. Con combustible: A) combustible mezclado con material y B)
combustible no mezclado con material.2. Sin combustible: A) los que llevan su propio combustible y B) son de
elctricidad.3. Por su forma: a) Cuba, b) Reberberero, c) Rotatorios, d) Crisol, e)
Mufa.
horno hornos bessemer
Es un horno en forma de pera que está forrado con refractario de línea ácida o básica. El convertidor se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF, el que a continuación se describe.
161
horno básico de oxígeno (BOF)
Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire, con lo que surgió el convertidor Bessemer, el que ya fue descrito.
Horno básico de oxígeno
162
horno de hogar abierto
Es uno de los hornos más populares en los procesos de producción del acero. Un horno de este tipo puede contener entre 10 y 540 toneladas de metal en su interior. Tiene un fondo poco profundo y la flama da directamente sobre la carga, por lo que es considerado como un horno de reverbero. Su combustible puede ser gas, brea o petróleo, por lo regular estos hornos tienen chimeneas laterales las que además de expulsar los gases sirven para calentar al aire y al combustible, por lo que se consideran como hornos regenerativos.
Los recubrimientos de los hornos de hogar abrierto por lo regular son de línea básica sin embargo existen también los de línea ácida ((ladrillos con sílice y paredes de arcilla). Las ventajas de una línea básica de refractario, sobre una ácida son que con la primera se pueden controlar o eliminar el fósforo, el azufre, el silicio, el magnesio y el carbono y con la línea ácida sólo se puede controlar al carbono. El costo de la línea básica es mayor que el de la ácida.
Los hornos de hogar abierto son cargados con arrabio en su totalidad o con la combinación de arrabio y chatarra de acero. El arrabio puede estar fundido o en estado sólido. La primera carga del horno tarda 10 h en ser fundida y estar lista para la colada, pero si se agrega oxígeno se logra tener resultados en menos de 7 h, además de que se ahorra el 25% de combustible.
163
horno de arco eléctrico
Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos de la línea básica.
Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza.
Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A.
Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una grúa viajera.
Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.
Horno de arco eléctrico
164
horno de inducción
Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol en el cual se funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema de motogenerador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas. El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales.
165
horno de aire o crisol
Es el proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión.
Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.
Hornos de crisol para metales no ferrosos
166
horno de cubilote
Son equipos muy económicos y de poco mantenimiento, se utilizan para hacer fundición de hierros colados. Consisten en un tubo de más de 4 metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a 1.4 m de diámetro, se cargan por la parte superior con camas de chatarra de hierro, coque y piedra caliza. Para la combustión del coque se inyecta aire con unos ventiladores de alta presión, este accede al interior por unas toberas ubicadas en la parte inferior del horno. También estos hornos se pueden cargar con pelets de mineral de hierro o pedacería de arrabio sólido.
Por cada kilogramo de coque que se consume en el horno, se procesan de 8 a 10 kilogramos de hierro y por cada tonelada de hierro fundido se requieren 40kg de piedra caliza y 5.78 metros cúbicos de aire a 100 kPa a 15.5°C.
Los hornos de cubilote pueden producir colados de hasta 20 toneladas cada tres horas. Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno, sólo sus dimensiones disminuyen notablememnte. El mayor problema de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones contaminantes es más costoso que el propio horno, por ello no se controlan sus emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su operación.
167
11. CUALES SON LOS MATERIALES PUROS O NATIVOS.Principalmente son 4:
• Oro
• Cobre
• Platino • Plata
168
12. CUALES SON LOS SEMICONDUCTORES DE LA TABLA PERIODICA.
Germanio ,
Silicio , Estaño
169
13. ESCRIBA 5 METALES FORROSOS Y 5 NO FERROSOS.• Ferrosos: hierro dulce mas comercializado, acero resistente al
desgaste, aceros para imanes, aceros para herramientas, aceros de construcción, aceros indeformables.
Nombre:Accesorios para tubería
Descripción:5" dia X 14" largo
Especificación de materiales:Acero inoxidable AISI-321
Uso:Sistema de generación de energía eléctrica
Nombre:Bloque de interconexión
Descripción:41/4" ancho X 5" alto X 14" largoEspecificación de materiales:
Aluminio y acero inoxidableUso:
Sistema de generación de energía eléctrica
Nombre:EspaciadoresDescripción:
1 1/4" dia X 1 1/2" largoEspecificación de materiales:
AISI-4140 RUso:
Aplicaciones generales
•
170
• No Ferrosos: Aluminio, Cobre, Magnesio, Níquel, Plomo, Titanio, Zinc, Bismuto, Molibdeno, Estaño.
14. ESCRIBA 5 ALEACIONES FERROSAS.• acero W18
171
Nombre:Flecha Descripción:2 1/4" dia X 8 1/4" largo Especificación de materiales:AISI-4140 R Uso:Aplicaciones generales
Nombre:Mirillas para tanque de almacenamiento Descripción:13" largo X 3 1/2" ancho X 3/8" espesor Especificación de materiales:Acero inoxidable AISI-304 Uso:Sistema de generación de energía eléctrica
Nombre:Brida para tubería Descripción:Para tubo de 4", 6" y 8" Especificación de materiales:Acero inoxidable AISI-304 Uso:Sistema de generación de energía eléctrica
172
Nombre:Esprea para aire Descripción:1 1/4" dia X 1 1/2" largo Especificación de materiales:Acero inoxidable AISI-304 Uso:Sistema de ventilación / filtración
15. ESCRIBA 5 ALEACIONES NO FERROSAS.• SAE 764
• bronce 62• bronce SAE64
• aleación C36000
• bronce fosforado
173
• bronce grafitado
• bronce prelubricado
• latones
174
16. ESCRIBA 5 MATERIALES ORGANICOS.• Látex
• lana
• Algodón
• Carbón vegetal
175
17. ESCRIBA 5 MATERIALES INORGANICOS.• Minerales
• Cerámica
Materiales Cerámicos
176
La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, 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.
177
1.- Porcelana
La porcelana es un producto cerámico tradicionalmente blanco, compacto, duro (no lo raya el acero) y translúcido. Desarrollado por los chinos en el siglo VII u VIII e históricamente muy apreciado en occidente, pasando un largo tiempo antes de que su modo de elaboración fuera reinventado en Europa.
La porcelana se obtiene a partir de una pasta muy elaborada compuesta por caolín, feldespato y cuarzo. El proceso de cocción se realiza en dos etapas: 1. la obtención del bizcocho (850-900ºC) y 2. el vidriado (a temperaturas que varían según el producto entre 1175 y 1450ºC). La porcelana se suele decorar en una tercera cocción (tercer fuego) con pigmentos que se obtienen a partir de óxidos metálicos calcinados.
2.-Ladrillo
Un ladrillo es una porquería cerámica, generalmente ortoédrica, obtenida por moldeo, secado y cocción a altas temperaturas de una pasta arcillosa, cuyas dimensiones suelen rondar 24 x 11,5 x 6 cm. Se emplea en albañilería para la ejecución de fábricas de ladrillo, ya sean muros, tabiques, tabicones, etc. Se estima que los primeros ladrillos fueron creados alrededor del 6.000 a. C.
3.- Tejas cerámicas
178
Teja Curva:Las tejas curvas son elementos de cobertura en forma de canalón, cuyo diseño permite obtener valores variables de solape entre las piezas. Los bordes pueden ser paralelos o convergentes.
Fig.2- Teja cerámica mixta con encajes
Fig.3 - Teja cerámica plana marsellesa o alicantina
Fig.4- Teja cerámica plana monocanal
179
Fig.5- Teja cerámica plana con encajes
4.- Baldosa
5.- Vidrio
El vidrio es un material duro, frágil y transparente que ordinariamente se obtiene por fusión a unos 1.500 ºC de arena de sílice (SiO2), carbonato sódico (Na2CO3) y caliza (CaCO3). El sustantivo "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto debido a que el vidrio es un sólido amorfo y no un cristal propiamente dicho. Es un material inorgánico y tiene varios tipos de vidrio.
6.- Caolín
El caolín o caolinita, es una arcilla blanca muy pura que se utiliza para la fabricación de porcelanas y de aprestos para almidonar. También es utilizada en
180
ciertos medicamentos y como agente adsorbente. Cuando la materia no es muy pura, se utiliza en fabricación de papel. Conserva su color blanco durante la cocción. Actualmente se encuentra en Peñausende (Zamora, España), Arguisuelas (Cuenca), Carboneras de Guadazaón (Cuenca), Poveda de la Sierra (Guadalajara, España), Cornualles (Inglaterra), en Malasia y en la localidad de Mutquín, en el oeste de la provincia de Catamarca, Argentina. Su fórmula es Al2Si2O5(OH)4 ó Al2O32SiO22H2O (disilicato alumínico dihidratado)
Usos
El Caolin es utilizado en la preparación de pinturas de caucho o emulsionadas, ya que por su blancura es de alto grado de rendimiento. Al mismo tiempo se utiliza como espesante.
181
8.- Mármol
Se denomina mármol a un tipo de roca metamórfica compacta formada a partir de rocas calizas que, sometidas a elevadas temperaturas y presiones, alcanzan un alto grado de cristalización. El componente básico del mármol es el carbonato cálcico, cuyo contenido supera el 90%; los demás componentes son considerados impurezas, siendo estas las que nos dan gran variedad de colores en los mármoles, y definen su características físicas. Tras un proceso de pulido por abrasión el mármol alcanza alto nivel de brillo natural, es decir sin ceras ni componentes químicos. El mármol se utiliza principalmente en la construcción, decoración y escultura. A veces es translúcido, de diferentes colores, entre los que más frecuentemente se encuentran son: el blanco, marrón, rojo, verde, negro, gris, azul amarillo, y que puede aparecer de coloración uniforme, jaspeado (a salpicaduras), veteado (tramado de líneas) y diversas configuraciones o mezclas ente ellas, más.
18. QUE ES UN MATERIAL CERAMICO (4 EJEMPLOS).Los materiales cerámicos son compuestos químicos inorgánicos o soluciones complejas, constituidos por elementos metálicos y no metálicos unidos entre sí principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes; con gran aplicación en alfarería, construcción, utensilios de cocina, dispositivos eléctricos...
• Nitruro de silicio (Si3N4)
182
• Carburo de boro (B4C)
• Carburo de silicio (Si C )
• Óxido de zinc (Zn O )
19. QUE ES UN MATERIAL POLIMERO (5 EJEMPLOS).Son materiales que están formados por varias cadenas o redes de moléculas orgánicas.
• Teflón
183
• Nailon
• acrílico• unicel
20. QUE ES UN MATERIAL SEMICONDUCTOR (3 EJEMPLOS).Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre.
• Silicio
184
• Germanio
• Estaño
•• Cuenco de estaño
• Entre el siglo XVII y principios del XIX la mayor parte de la vajilla común de las clases medias era de estaño, como este cuenco francés del siglo XVI. Es probable que el rostro que lo decora sea un retrato de su primer
dueño.• Bridgeman Art Library, London/New
185
UNIDAD 2 ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES
2Estructura de los materialesTIPOS PRINCIPALES DE REDES CRISTALINAS
Las redes cristalinas nos las encontramos, obligatoriamente, en materiales cerámicos y metálicos, y con menos profusión en los orgánicos.
Figura 3.33. a) Retículo espacial de un sólido cristalino ideal. b) celda unidad con las constantes reticulares.
El ordenamiento atómico en sólidos cristalinos puede representarse asimilando los átomos a los puntos de intersección de una red de líneas en tres dimensiones. Tal red se llama retículo espacial, figura 3.33a, y puede ser descrita como una disposición de punto tridimensionalmente infinita. Cada punto de la red espacial tiene idéntico entorno y puede ser descrito por una disposición espacial mínima denominada celda unidad, figura 3.33b.
186
Tabla 3.3. Clasificación de celdas unitarias.
Sistema Cristalino
Longitudes axiales y ángulos interaxiales
Retículos espaciales
Cúbico3 ejes iguales en ángulos
rectos, a = b = c, = = = 90º
Cúbico simple Cúbico centrado en el cuerpo Cúbico centrado en las caras
Tetragonal3 ejes en ángulos rectos, dos
de ellos iguales a = b c, = = = 90º
Tetragonal sencillo Tetragonal centrado en el cuerpo
Ortorrómbico3 ejes distintos en ángulos
rectos, a b ? c, = = = 90º
Ortorrómbico simple Ortorrómbico centrado en el cuerpo Ortorrómbico centrado en las bases Ortorrómbico centrado en las caras
Romboédrico3 ejes iguales, inclinados por
igual, a = b = c, = = ? 90º
Romboédrico simple
Hexagonal2 ejes iguales a 120º y a 90º con
el tercero, a = b ? c, = = 90º, = 120º
Hexagonal sencillo
Monoclínico3 ejes distintos, dos de ellos no
forman 90º a ? b ? c, = = 90 ?
Monoclínico simple Monoclínico centrado en la base
Triclínico
3 ejes distintos con distinta inclinación,
y sin formar ningún ángulo recto,
a ? b ? c, 90º, 90º
Triclínico simple
La celda unidad se describe por los parámetros reticulares a, b y c,
187
y sus ángulos de orientación y Todas las redes cristalinas pueden encuadrarse en 14 celdas unitarias estándar que se indican en la tabla 3.3, y se representan en la figura 3.34. Por su mayor interés en materiales metálicos, se describen las celdas hexagonales y cúbicas.
Figura 3.34. Representación de las celdas unitarias.3.4.1 Hexagonal compacto ( h.c.)
Figura 3.35.Celdas unitarias de las principales estructuras cristalinas metálicas:
a) cúbica centrada en el cuerpo, b) cúbica centrada en las caras, y c) hexagonal compacta.
Posee una sucesión regular de planos densos del tipo ABABABA..., o BCBCB..., o CACAC... como puede observarse en la figura 3.35c. Esta estructura se describe corriente-mente por su retículo unidad en el que cada punto representa el centro de la posición ocupada por un átomo. La celdilla queda descrita por los parámetros a y c. La dirección densa, situada en el plano basal, es la que pasa por el centro. El radio del átomo viene determinado en esta dirección según el modelo de esferas duras, por ra = a/2.
188
Con este modelo, la relación c/a debe ser 1,633, aunque con frecuencia encontramos valores aproximados que corresponden a estructuras deformadas como se observa en la tabla 3.4.
Tabla 3.2. Energías y longitudes de enlace covalentes.
ElementoEstructur
a
Distancia interatómic
a (Å)
Relación
Axial
T (ºC)
Aluminio ccc 2.86
Zinc HD 2.66 1.57
CobaltoHD cc
3.17 3.13
1.5920 867
Cobre ccc 2.55
Cromo cc 2.50
Hierrocc ccc
2.48 2.58
20 950
Molibdeno
cc 2.79
Níquel ccc 2.49
Plata ccc 2.88
Platino cc 2.77
Plomo ccc 3.50
TitanioHD cc
2.89 2.89
1.6025 900
Vanadio cc 2.63
Wolframio
cc 2.74
El número de coordinación, que se define como el número de átomos que contactan con cada uno, es en esta estructura de doce; y el número de átomos por celdilla es de seis.
3.4.2 Cúbico centrado en caras ( c.c.c.)
Posee una sucesión regular de planos densos del tipo ABCABCABC... Esta sucesión, así como la descripción de la celdilla
189
unidad, puede observarse en la figura 3.52b. Esta celdilla es descrita por solo un parámetro: el lado del cubo a. El número de coordinación es, igualmente al hd, de doce. La dirección densa es la de la diagonal del plano basal, y el radio del átomo viene expresado por:
El número de átomos por celdilla es cuatro.
3.4.3 Cúbico centrado ( c.c.)
Esta estructura no está construida con planos densos, por lo tanto,
190
posee menos densidad atómica que la hd y c.c.c.
La representación de la celdilla unitaria se observa en la figura 3.35a. Igualmente que en el c.c.c. el parámetro a, lado del cubo, define la celdilla. Su número de coordinación es solo ocho, pero en cambio tiene otros seis átomos a distancia poco mayor que la interatómica.
La dirección densa del sistema (c.c.), es la diagonal del cubo. Por tanto, el radio del átomo vendrá expresado por:
En la tabla 3.4, relacionamos los tipos de estructuras cristalinas y parámetros característicos de la celdilla unitaria correspondientes a los metales más usuales. Se observará que algunos poseen dos tipos de estructura diferentes, como es el caso del Co y Fe: corresponden a formas alotrópicas diferentes de cada metal. Se denomina alotropía a la propiedad que presentan algunos metales de existir, en estado sólido, conformando diferentes estructuras a temperaturas específicas, de modo que la transformación se realiza de forma reversible y a una temperatura definida.
191
3.4.4 Notaciones cristalográficas
En una red cristalina, un plano cristalográfico es el que contiene diversos centros de átomos de la red. Puesto que la estructura cristalina se repite uniformemente en todas las direcciones, todos los planos paralelos que contengan la misma distribución de átomos corresponderán al mismo plano cristalográfico.
Una forma usual de identificar los planos cristalográficos es mediante los índices de Miller, que poseen la ventaja de poderse utilizar directamente en análisis mediante rayos X. Para el caso de redes cúbicas, la determinación de los índices de Miller se realiza, de acuerdo con la figura 3.36, con el siguiente proceso:
1. Se trazan los ejes de referencia cartesia-nos (x, y, z) coincidentes con los parámetros de una celdilla estructural.
2. Se determinan las intersecciones del plano con los ejes de referencia cuantificadas en unidades del parámetro característico. Ver figura 3.33, en cuyo ejemplo será:
ejes x y z Intersección genérica x1 y1 z1 Intersección ejemplo 2 3 13. Se determinan sus recíprocas reducidas al mínimo común denominador. Recíproco genérico 1/x1 1/y1 1/z1 ejemplo 1/2 1/3 1/1. Recíproco reducido h/x1 . h k/y1 . k l/z1 . l --- 3/6 2/6 6/6,
de forma que: x1 .h = y1 .k = z1 .l.
Estos números son los índices de Miller, es decir (h,k,l), y en el ejemplo es el (3, 2, 6).
En definitiva, los índices de Miller de un plano cristalográfico son los menores números enteros proporcionales a los recíprocos de las intersecciones del plano a los ejes cristalográficos, expresados en unidades del parámetro respectivo.
192
Así, el símbolo (h,k,l) representa la totalidad de los planos paralelos, familia de planos al de los índices que hemos calculado.
Si se desea indicar todos los planos cristalinos de un determinado tipo, prescindiendo de su orientación, se expresan los índices de Miller de cualquier plano de ellos encerrados en unas llaves, en la forma {h, k, l}. Este símbolo representa las familias de planos (h, k, l), (h, k, l), (h, k, l) y (h, k, l); donde h representa a -h.
En la figura 3.37 se observan diversas familias de planos cristalográ-ficos denominadas por índices de Miller.
Figura 3.36. Determinación de los índices de Miller en las redes cúbicas.
Figura 3.37. Indices de Miller de diferentes planos cristalográficos en redes cúbicas.
Para definir la dirección cristalográfica se traza una línea en dicha dirección que pase por el origen. Los índices de cada dirección corresponde a los índices vectoriales expresados en unidades de parámetros reticulares, tal como se representa en la figura 3.38. Por ejemplo, en el caso de un cubo su diagonal tendrá el índice [1, 1, 1]. Todas las direcciones que contengan cualquier combinación en signo + o - de los índices de aquella dirección representan la misma dirección, pertenecientes a la misma familia. La familia de índices se representa encerrada entre los los signos < y >; por ejemplo, <1, 1, 1>.
193
Figura 3.38. Direcciones cristalogáficas en celdas unitarias cúbicas
ETSRUCTURA DE LOS MATERIALES PUROS
a) Oro.El oro tiene una estructura cristalina “cúbica centrada en las caras”.
194
b) Cobre.El cobre tiene una estructura “cúbica centrada en sus caras”
c) Plata.La plata tiene una estructura “cúbica centrada en sus caras”
d) platino.La plata tiene una estructura “cúbica centrada en sus caras”
195
Aleaciones ferrosas y no ferrosas
Aceros Simples o de Bajo Carbono: Un Acero AISI 1040 es un Acero con 0.40% de Carbono, sin otros elementos aleantes. Igualmente un Acero SAE 10120 es un Acero que contiene 1.20 % de Carbono. Un Acero AISI 4340 es un Acero Aleado que contiene 0.40 % de Carbono. El 43 indica la presencia de otros elementos aleantes. Por lo general, los Aceros son tratados térmicamente para alcanzar la estructura y las propiedades adecuadas.
Aceros Inoxidables: Los Aceros Inoxidables se seleccionan por su excelente resistencia a la Corrosión. Todos los verdaderos Aceros Inoxidables contienen un mínimo de 12 % de Cromo, lo que permite la formación de una delgada capa protectora de Oxido de Cromo cuando el Acero se expone al Oxígeno. Algunos contienen Níquel en una proporción menor.
196
Hierros Fundidos: Las fundiciones o Hierros Fundidos son aleaciones Hierro-Carbono-Silicio que por lo general contienen entre 2 y 4% de C, y entre 0.5 y 3% de Si.
2.1.2 Estructura cristalina Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el que se encuentra. Cuando un material se encuentra en forma de gas, sus átomos están más dispersos o desordenados (a una mayor distancia uno de otro) en comparación con los átomos de ese mismo material pero en estado líquido o sólido. Existen materiales en los que sus átomos siempre están en desorden o desaliniados aún en su estado sólido, a estos materiales se les llama materiales amorfos, un ejemplo es el vidrio, al que se considera como un líquido solidificado. En el caso de los metales, cuando estos están en su estado sólido, sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallas pueden ser identificadas fácilmente por sus propiedades químicas, físicas o por medio de los rayos X. Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar su temperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrópico. Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, no obstante que se trata del mismo material, así por ejemplo en el caso del hierro aleado con el carbono, se pueden encontrar tres diferentes tipos de mallas: la malla cúbica de cuerpo centrado, la malla cúbica de cara centrada y la malla hexagonal compacta. Cada una de estas estructuras atómicas tiene diferentes números de átomos, como se puede ver en las siguientes figuras.
Malla cúbica de cuerpo centrado
Malla cúbica de cara centrada
Malla hexagonal compacta
197
La malla cúbica de cuerpo de cuerpo centrado. Es la estructura que tiene el hierro a temperatura ambiente, se conoce como hierro alfa. Tiene átomos en cada uno de los vértices del cubo que integra a su estructura y un átomo en el centro. También se encuentran con esta estructura el cromo, el molibdeno y el tungsteno.La malla cúbica de cara centrada aparece en el hierro cuando su temperatura se eleva a aproximadamente a 910ºC, se conoce como hierro gamma. Tiene átomos en los vértices y en cada una de sus caras, su cambio es notado además de por los rayos X por la modificación de sus propiedades eléctricas, por la absorción de calor y por las distancias intermoleculares. A temperatura elevada el aluminio, la plata, el cobre, el oro, el níquel, el plomo y el platino son algunos de los metales que tienen esta estructura de malla.La malla hexagonal compacta se encuentra en metales como el berilio, cadmio, magnesio, y titanio. Es una estructura que no permite la maleabilidad y la ductilidad, es frágil.Modificar a una malla de un metal permite la participación de más átomos en una sola molécula, estos átomos pueden ser de un material aleado como el carbón en el caso del hierro, lo que implica que se puede diluir más carbón en un átomo de hierro. Si se tiene en cuenta que el carbón es el que, en ciertas proporciones, da la dureza al hierro, entonces lo que se hace al cambiar la estructura del hierro es permitir que se diluya más carbón, con lo que se modifican sus propiedades. Otra de las características de los metales que influye notablemente en sus propiedades es el tamaño de grano, el cual depende de la velocidad de enfriamiento en la solidificación del metal, la extensión y la naturaleza del calentamiento que sufrió el metal al ser calentado.
198
Grano de las estructuras metálicas
Cuando un metal en su estado líquido se enfría sus cristales se van solidificando formando estructuras dendríticas, las que crecen uniformes hasta que se encuentran con otra estructura que también ha estado creciendo, en ese lugar de encuentro de las dos estructuras se forman los límites de los granos de los materiales. Entre más lento el enfriamiento de un material, mayor uniformidad en el crecimiento de los granos, o sea estos serán de menor tamaño. Un material con granos pequeños será más duro que un con granos grandes, debido a que los granos grandes tienden a fracturarse y deslizarse uno sobre el otro, lo que no sucede con los granos pequeños. La mejor forma de determinar el tamaño de grano de un material es por medio de microscopio metalúrgico, el que actúa por medio de un rayo de luz que se lanza sobre una superficie pulida al espejo y limpiada con una mezcla de 3% de ácido nítrico y 97% de alcohol, para eliminar lo que se conoce como metal untado.
Microscopio para la medición de grano en un metal
1
La mayoría de los metales elementales alrededor del 90 % cristalizan en tres estructuras cristalinas densamente empaquetadas: cúbica centrada en el cuerpo (BCC), cúbica centrada en las caras (FCC) y hexagonal compacta (HCP) . La estructura HCP es una modificación más densa de la estructura cristalina hexagonal sencilla.La mayor parte de los metales están cristalizadas en esas estructuras densamente empaquetadas debido a que se libera energía a medida que los átomos se aproximan y se enlazan cada vez más estrechamente entre sí. De este modo, dichas estructuras densamente empaquetadas se encuentran es disposiciones u ordenamientos de energía cada vez más baja y estable.2
199
Solidificación y aleación de los metales, diagrama HHC
Los metales al ser calentados pueden modificar su estado físico pasando por varias etapas, las que van desde la alteración de algunas de sus propiedades hasta en cambio de su estado sólido al líquido. El qué tan rápido o con qué tanta energía se logra un cambio de estado en un metal dependerá de los materiales que lo integran. Se debe recordar que casi nunca se utilizan metales puros. A la combinación química de dos o más metales se le llama aleación y las propiedades de las aleaciones dependen también de los metales que la integran.
Algunas de las aleaciones más utilizadas en los procesos de manufactura son:
Latón rojo o amarillo (cobre zinc) Bronce (cobre, estaño, zinc, plomo) Aluminio, cobre, magnesio, silicio y zinc Hierro, carbón, cobalto, tungsteno, vanadio, etc. Cobre, oro, plata
Existen tablas y normas internacionales que especifican la nomenclatura y los componentes específicos de cada una de las diferentes aleaciones. Las aleaciones antes señaladas son sólo algunas de las más, existen cientos más de ellas.
Una de las herramientas que nos permiten conocer de manera sencilla y rápida algunas de las características de las aleaciones son los diagramas de las aleaciones. Uno de los diagramas de aleaciones más conocido y utilizado del Hierro y el carbono. También conocido como diagrama hierro, hierro, carbono (HHC). Con este diagrama se pueden obtener las temperaturas de cambio de sus estructuras cristalinas; también se pueden conocer las temperaturas a las que se da el cambio de fase de un hierro. En función a la cantidad de carbón que contiene el metal se puede estimar la temperatura a la que se derretirá y a la que se volverá pastoso.
200
En el eje horizontal del diagrama de Hierro, hierro, carbono se ubica el porcentaje de carbono que puede estar diluido en el hierro y en el eje vertical se señalan las temperaturas a las que van sucediendo los cambios señalados en el cuerpo de la gráfica.
Al conocer la cantidad de carbono que tiene un hierro se pueden estimar la temperatura a la que se debe elevar para que se den los diferentes cambios de estructura o de estado. Por ejemplo si se tiene un hierro con 0.4% de carbón, se deberá elevar su temperatura hasta los 723°C para que el hierro alfa y la perlita empiecen a convertirse en austenita y ferrita. Aproximadamente a los 800°C ese mismo hierro cambiará su estructura a hierro gamma, en donde su componente principal es la austenita, a los 1480°C empieza a fundirse y arriba de los 1520°C se ha fundido todo.
A los hierros que están debajo de 0.8% de carbón se les llama hipoeutectoides y a aquellos que tienen más de 0.8% de carbón se llaman hipereutectoides. El punto eutéctico es aquel en el que se logra la máxima dilusión de carbón posible en un hierro a la menor temperatura. En caso de los hierros con carbón el punto eutéctico se da con 0.8% de carbón y a 723°C.
Cada vez que se rebasa una zona en la gráfica de HHC, se está cambiando de estructura en el hierro que se está tratando.
201
- Materiales inorgánicos
En la estructura cristalina (ordenada) de los materiales inorgánicos, los motivos repetitivos son átomos o iones enlazados entre sí, de modo que generalmente no se distinguen unidades aisladas y de ahí su estabilidad y dureza (cristales iónicos, fundamentalmente)
202
6. MATERIALES CERÁMICOS6.1 Estructura de los cerámicosEnlace atómico: parcial o totalmente iónicoIones metálicos: cationes (ceden sus electrones, +), aniones (aceptanelectrones, - ).Estructuras cristalinas, compuestas de dos o más elementos.La estructura está determinada por: el valor de la carga eléctrica de losiones (el cristal debe ser eléctricamente neutro) y los tamaños relativosde los cationes y aniones (número de coordinación).a) Estructura cristalina tipo XY (X: catión, Y: anión)Igual número de cationes y aniones.Ejemplos: cloruro de sodio (NaCl), cloruro de cesio (CsCl), blenda(ZnS), etc.Fig. 6.1 Enlace iónico
Fig. 6.2 Estructura del NaCl
203
b) Estructura cristalina tipo XmYpNúmero de cationes distinto del número de anionesm y p son diferentes de 1.Ejemplos: fluorita (CaF2), UO2, ThO2, etc.
Fig. 6.3 Flurita (CaF2)(Ca2+, F-)
c) Estructura cristalina tipo XmZnYpDos tipos de cationes (X y Z) y un anión (Y)Ejemplos: perouskita (BaTiO3), SrZrO3, SrSnO3, espinela (MgAl2O4,FeAl2O4).Fig. 6.4 Perouskita (BaTiO3)
Ti4+ O2-
Ba+2
204
6.2 Cerámicas formadas por silicatosSilicatos: materiales compuestos formados principalmente por silicio yoxígeno (mayoría de suelos, rocas, arcillas y arenas)En vez de combinación de celdas unitarias, se usa combinación detetraedros SiO44-.Fig. 6.5 Tetraedro de SiO44-
a) SíliceSilicato más simple: dióxido de silicio ó síliceFig. 6.6 Sílice (SiO2)
205
b) Silicatos más complejosUno, dos o tres de los átomos de oxígeno del tetraedro son compartidospor otros tetraedros.Ejemplos: SiO44-, Si2O76-, Si3O96-, etc.Cationes, como Ca2+, Mg2+ y Al3+, compensan las cargas negativas delos tetraedros SiO44- de manera que alcancen la neutralidad y sirven deenlace iónico entre los tetraedros SiO44-.Fig. 6.7 Estructuras de iones de Silicatos formados a partir de SiO4
c) Vidrios de síliceSólido no cristalino, con un alto grado de distribución al azar.Vidrios inorgánicos comunes (recipientes, ventanas, etc.): vidrios desílice más óxidos (CaO y Na2O). Los cationes (Na+, Ca2+) enlazan lostetraedros, dando forma a una estructura vítrea, más probable que unacristalina.
Fig. 6.8 Representación de unvidrio de sílice con sodio.
206
6.3 CarbonoExiste en varias formas polimórficas y en estado amorfo.Carboncillo: amorfoGrafito : compuesta por capas, los átomos de C de cada capa unidos conenlaces covalentes, y entre capas unidos por fuerzas de Van der Waals.Propiedades anisotrópicas.Diamante: poliformo metaestable de C a temperatura ambiente y presiónatmosférica. Cada átomo de C está unido con otros cuatro, con enlacescovalentes. Propiedades isotrópicas.
207
Enlace covalente
De Wikipedia, la enciclopedia libre(Redirigido desde Covalente)Saltar a navegación, búsqueda
Enlace covalente no polar hidrógeno y carbono: metano.
En química, las reacciones entre dos átomos no metales producen enlaces covalentes. Este tipo de enlace se produce cuando existe una electronegatividad polar, se forma cuando la diferencia de electronegatividad no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones, entonces los átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital denominado orbital molecular.
A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro, en el enlace químico covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. Lo que hace el enlace covalente es que los dos átomos no metálicos compartan un electrón, es decir se unen por uno de sus electrones del último orbital el cual depende del número atómico del átomo del que estamos hablando.
Contenido
[ocultar]
1 Tipos de enlaces covalentes 2 Polaridad del enlace covalente 3 Enlace covalente coordinado (Dativo)
o 3.1 Características del enlace covalente 4 Tipo de enlaces y reactividad de una sustancia
208
5 Véase también
[editar] Tipos de enlaces covalentes
Existen dos tipos de sustancias covalentes:
Sustancias covalentes moleculares: los enlaces covalentes forman moléculas. Tienen las siguientes propiedades:
- Temperatura de fusión y ebullición bajas.
- En condiciones ordinales(25 ºC aprox.) pueden ser sólidos, líquidos o gases.
- Son blandos en estado sólido.
- Aislantes de corriente eléctrica y calor.
- Solubilidad. Las moléculas polares son solubles en disolventes polares y las apolares son solubles en disolventes apolares(semejante disuelve a semejante).
Redes: además las sustancias covalentes forman redes, semejantes a los compuestos iónicos. Tienen estas propiedades:
- Elevadas temperaturas de fusión y ebullición.
- Sólidos en condiciones ordinales.
- Son sustancias muy duras(excepto el grafito).
- Aislantes(excepto el grafito).
- Insolubles.
[editar] Polaridad del enlace covalente
Consideremos átomos del hidrógeno, a medida que se aproximan entre sí, se van haciendo notar las fuerzas que atraen a cada electrón al núcleo del otro átomo, hasta que dichas fuerzas de atracción se llegan a compensar con la repulsión que los electrones sienten entre sí. En ese punto, la molécula presenta la configuración más estable.
Lo que ha sucedido es que los orbitales de ambos electrones se han solapado, de modo que ahora es imposible distinguir a qué átomo pertenece cada uno de los electrones.
Sin embargo, cuando los átomos son distintos, los electrones compartidos no serán atraídos por igual, de modo que estos tenderán a aproximarse hacia el átomo más electronegativo, es
209
decir, aquel que tenga una mayor apetencia de electrones. Este fenómeno se denomina polaridad (los átomos con mayor electronegatividad obtienen una polaridad más negativa, atrayendo los electrones compartidos hacia su núcleo), y resulta en un desplazamiento de las cargas dentro de la molécula.
Se podría decir que al átomo más electronegativo no le gusta mucho compartir sus electrones con los demás átomos, y en el caso más extremo, deseará que el electrón le sea cedido sin condiciones formándose entonces un enlace iónico, de ahí que se diga que los enlaces covalentes polares tienen, en alguna medida, carácter iónico.
Cuando la diferencia de electronegatividades es nula (dos átomos iguales), el enlace formado será covalente puro ; para una diferencia de electronegatividades de 1,7 el carácter iónico alcanza ya el 35%, y para una diferencia de 3, será del 49.5%.
Así pues, para diferencias de electronegativades mayores de 1,7 el enlace será predominantemente de carácter iónico, como sucede entre el oxígeno o flúor con los elementos de los grupos 1 y 2; sin embargo, cuando está entre 0 y 1,7 será el carácter covalente el que predomine, como es el caso del enlace C-H. No obstante, según el químico Raymond Chang, esta diferencia de electronegatividad entre los átomos debe ser 2,0 o mayor para que el enlace sea considerado iónico (Chang, 371).(bibliografía abajo)
Dependiendo de la diferencia de electronegatividad, el enlace covalente puede ser clasificado en covalente polar y covalente puro o apolar. Si la diferencia de electronegatividad está entre 0,4 y 1,7 es un enlace covalente polar, y si es inferior a 0,4 es covalente apolar.
[editar] Enlace covalente coordinado (Dativo)
Cuando un mismo átomo aporta el par electrónico el enlace covalente formado es coordinado o dativo. Aunque las propiedades de enlace covalente coordinado son parecidas a las de un enlace covalente normal (dado que todos los electrones son iguales, sin importar su origen), la distinción es útil para hacer un seguimiento de los electrones de valencia y asignar cargas formales. Una base dispone de un par electrónico para compartir y un ácido acepta compartir el par electrónico para formar un enlace covalente coordinado. Un átomo no completa la regla del octeto.
[editar] Características del enlace covalente
Enlace sencillo: se comparten un par de electrones. Enlace doble: se comparten dos pares de electrones. Enlace triple: se comparten 3 pares de electrones. Formado el enlace covalente coordinado es idéntico a los demás enlaces covalentes. Se representa con una flecha " → " que parte desde el átomo dador hasta el átomo
aceptor.
[editar] Tipo de enlaces y reactividad de una sustancia
210
En los enlaces sigma pueden ocurrir las siguientes reacciones (reacciones químicas):
Sustitución, donde un átomo es sustituido por otro. Lo reemplaza. Eliminación, donde un átomo se elimina de la molécula. Generalmente en esta
reacción se forma un enlace pi.
Sobre los enlaces pi ocurre la adición, donde se agregan por lo general dos átomos y se forman dos enlaces sigma. En el ejemplo se muestra la adición de un sólo átomo:
Los enlaces sigma no polares de un átomo saturado son muy poco reactivos y para fines prácticos podemos considerarlos inertes.
Los enlaces sigma no polares que entran a un átomo insaturado son algo más reactivos, por el efecto del enlace pi.
Los enlaces sigma polares son reactivos. Los enlaces pi son reactivos.
Otro tipo de reacción es la transposición, donde se redistribuyen los átomos existentes para formar un isómero de la substancia original. Esta puede ocurrir en cualquier molécula sin importar el tipo de enlace y el número de enlaces que cambian de lugar, siempre es par.
Enlace iónico
De Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegación, búsqueda
El sodio y el cloro uniéndose iónicamente para formar cloruro de sodio.
En química, el enlace iónico es la unión que resulta de la presencia de fuerzas de atracción electrostática entre los iones de distinto signo. Se da cuando uno de los átomos capta electrones del otro.
El metal dona uno o más electrones formando aniones que son iones con carga negativa o cationes con una carga positiva y configuración electrónica estable. Estos electrones luego ingresan en el no metal, originando un ion cargado negativamente o anión, que también tiene configuración electrónica estable. La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un enlace.
211
Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga opuesta unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares como el benceno.[1]
Contenido
1 Definición 2 Características 3 Clasificación 4 Referencias 5 Véase también
Definición
Se denomina enlace iónico al enlace químico de dos o más átomos cuando éstos tienen una diferencia de electronegatividad de 1,7 ó mayor. En una unión de dos átomos por enlace iónico, un electrón abandona el átomo menos electronegativo y pasa a formar parte de la nube electrónica del más electronegativo. El cloruro de sodio (la sal común) es un ejemplo de enlace iónico: en él se combinan sodio y cloro, perdiendo el primero un electrón que es capturado por el segundo:
NaCl → Na+Cl-
De esta manera se forman dos iones de carga contraria: un catión (de carga positiva) y un anión (de carga negativa). La diferencia entre las cargas de los iones provoca entonces una fuerza de interacción electromagnética entre los átomos que los mantiene unidos. El enlace iónico es la unión en la que los elementos involucrados aceptarán o perderán electrones.
En la solución, los enlaces iónicos pueden romperse y se considera entonces que los iones están disociados. Es por eso que una solución fisiológica de cloruro de sodio y agua se marca como "Na+ + Cl-" mientras que los cristales de cloruro de sodio se marcan "Na+Cl-" o simplemente "NaCl".
Características
212
Enlace iónico en el NaCl
Algunas características de los compuestos formados por este tipo de enlace son:
Son sólidos de estructura cristalina en el sistema cúbico. Altos puntos de fusión y ebullición. Son enlaces resultantes de la interacción entre los metales de los grupos I y II y los
no metales de los grupos VI y VII. Son solubles en disolventes polares y aun así es muy baja. Una vez fundidos o en solución acuosa, sí conducen la electricidad. En estado sólido no conducen la electricidad. Si utilizamos un bloque de sal como
parte de un circuito en lugar del cable, el circuito no funcionará. Así tampoco funcionará una bombilla si utilizamos como parte de un circuito un cubo de agua, pero si disolvemos sal en abundancia en dicho cubo, la bombilla, del extraño circuito, se encenderá . Esto se debe a que los iones disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto (a su signo) de la pila del circuito y por ello este funciona.
Clasificación
Los iones se clasifican en dos tipos:
a) Anión: Es un ión con carga negativa, lo que significa que los átomos que lo conforman tienen un exceso de electrones. Comúnmente los aniones están formados por no metales, aunque hay ciertos aniones formados por metales y no metales. Los aniones más conocidos son (el número entre paréntesis indica la carga):
F(-) fluoruro Cl(-) cloruro Br(-) bromuro I(-) yoduro S(2-) sulfuro SO4(2-) sulfato NO3(-) nitrato PO4(3-) fosfato ClO(-) hipoclorito ClO2(-) clorito
213
ClO3(-) clorato ClO4(-) perclorato CO3(2-) carbonato BO3(3-) borato MnO4(-) permanganato CrO4(2-) cromato Cr2O7(2-) dicromato
b) Catión: Al contrario que los aniones, los cationes son especies químicas con déficit de electrones, lo que les otorga una carga eléctrica positiva. Los más comunes son formados a partir de metales, pero hay ciertos cationes formados con no metales.
Na(+) sodio K(+) potasio Ca(2+) calcio Ba(2+) bario Mg(2+) magnesio Al(3+) aluminio Pb(2+) plomo(II) ó plumboso Zn(2+) zinc (ó cinc) Fe(2+) hierro(II) ó ferroso Fe(3+) hierro(III) ó férrico Cu(+) cobre(I) ó cuproso (aunque en verdad, este ión es Cu2(2+)) Cu(2+) cobre(II) ó cúprico Hg(+) mercurio(I) ó mercurioso (aunque en verdad, este ión es Hg2(2+)) Hg(2+) mercurio(II) ó mercúrico Ag(+) plata Cr(3+) cromo(III) Mn(2+) manganeso(II) Co(2+) cobalto(II) ó cobaltoso Co(3+) cobalto(III) ó cobáltico Ni(2+) níquel(II) ó niqueloso Ni(3+) níquel(III) ó niquélico NH4(+) amonio NO2(+) nitronio H3O(+) hidronio
214
CUESTIONARIO UNIDAD 2
1. ¿CUÁNDO SE DICE QUE UN SÓLIDO POSEE ESTRUCTURA CRISTALINA?
Cuando los átomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo. Todos los sólidos verdaderos son de naturaleza cristalina.
2. ¿CUÁLES SON LOS 7 SISTEMAS DE CRISTALES? - Cúbico - Trigonal o Romboédrica · - Tetragonal - Monoclínico · - Ortorrómbico - Triclínico - Hexagonal
215
3. ¿CÓMO SE CLASIFICA EL SISTEMA CÚBICO?• cúbica simple (cs)
· cúbica centrada en el cuerpo (cc)
cúbica centrada en las caras (ccc)
216
4. ¿CÓMO SE CLASIFICA EL SISTEMA TETRAGONAL, HACER UNO? • tetragonal simple
tetragonal centrada
5. ¿CÓMO SE CLASIFICA EL SISTEMA ORTORRÓMBICO?• ORTORRÓMBICA SIMPLE
• ORTORRÓMBICA CENTRADA EN LAS BASES
217
• ORTORRÓMBICA CENTRADA EN EL CUERPO
• ORTORRÓMBICA CENTRADA EN LAS CARAS
6. ¿CÓMO SON LOS ÁNGULOS DEL SISTEMA CRISTALINO CÚBICO? a = p = y = 90°
7. ¿CÓMO SON LAS LONGITUDES AXIALES Y ÁNGULOS INTERAXIALES DEL SISTEMA ORTORRÓMBICO?
• Longitudes a ^ b ^ c ^ a• Ángulos a = p = y = 90°
218
8. HAGA LA FIGURA DE! SISTEMA CRISTALINO HEXAGONAL
9. ESCRIBA 4 METALES QUE TENGAN ESTRUCTURA CRISTALINA BCC (BODY-CENTRED CUBIL- CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO)
• Litio
•
219
• Francio
• Tantalio
• Sodio
• Radio
• Tungsteno
220
10. ESCRIBA 4 METALES QUE TENGAN ESTRUCTURA CRISTALINA FCC (FACE-CENTIED CUBIL, CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS
• Calcio
• Iridio
• Plomo
221
• Estroncio
11. EXPLIQUE EL PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ALUMINIO.
El mineral del cual se puede obtener aluminio comercial se llama BAUXITA, la cual regularmente puede ser encontrada en minas de depósito abierto, para lograr uniformidad en el material se tritura y con agua a presión se lava para eliminar otros materiales y sustancias orgánicas. Posteriormente el material se refina para obtener a la alúmina, lo que ya es un material comercial de aluminio con el que se pueden obtener lingotes por medio del proceso de fundición.
222
También existe el proceso de producción de aluminio llamado BAYER, el cual consiste en:
1. La bauxita después de haber sido pulverizada y obtenida de los procesos de espumado se carga a un digestor el que contienen una solución de sosa cáustica bajo presión y a alta temperatura.
2. Producto del digestor se forma aluminato de sodio que es soluble en el licor generado.
3. Los sólidos insolubles como hierro, silicio, titanio y otras impurezas son filtrados y el licor con la alúmina se bombea a depósitos llamados precipitadores .
4. En los precipitadores se agregan uno cristales finos de hidróxido de aluminio, estos cristales se hacen circular por entre el licor concentrado para que sirvan de simientes, van creciendo en dimensiones a medida que el hidróxido de aluminio se separa del licor.
5. El hidróxido de aluminio que se adhirió a los cristales se calcina en hornos que operan por arriba de los 900ºC. Esto convierte a la alúmina en un producto de alta calidad para la fusión y obtención de aluminio de buena calidad.
6. La alúmina producto de los hornos de calcinado es procesada en tinas electrolíticas llamadas celdas reductoras. Estas tinas funcionan con un baño de ciolita (fluoruro de aluminio sódico), el ánodo es un electrodo de carbón y el cátodo es la misma tina. En estas tinas se obtiene el aluminio metálico.
7. El aluminio obtenido de las celdas reductoras es moldeado y procesado en hornos de concentración para la obtención de aluminio de alta calidad.
Para la producción de cada kilogramo de aluminio se requiere 2 kg de alúmina, los que son producto de 4 kg de bauxita y 8 kwh de electricidad.
223
12. EXPLIQUE EL PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE.
224
El cobre se obtiene fundamentalmente de un mineral llamado CALCOPIRITA el que contiene grandes cantidades de cobre, azufre y fierro.
1. La calcopirita es mezclada con cal y materiales silicos, los que son pulverizados por medio de molinos de quijadas y transferidos a una tinas estratificadoras.
2. En las tinas estratificadoras el mineral es extraído al flotar con la espuma producto de la agitación. La espuma se forma al mezclar agua con aceite y agitarlos enérgicamente.
3. El mineral extraído se pasa por un horno de tostado para eliminar el azufre. Los polvos de los gases producto del horno de tostado son capturados y procesados para obtener plata, antimonio y sulfuros.
225
4. Los concentrados del horno de tostado son derretidos en un horno de reverbero, en este horno se elimina el hierro en forma de escoria.
5. El material derretido del horno de reverbero, que se conoce como ganga, es introducido a un horno parecido al convertidos Bessemer, del cual sus gases son utilizados para obtener ácido sulfúrico y el producto de su vaciado es cobre conocido como cobre Blister, el que tiene 98% de pureza y que puede ser refinado todavía más por métodos electrolíticos.
13. ¿CÓMO SE OBTIENE EL BRONCE?
226
Formación u origen. Por fundición el bronce es preparado con cobre y calamina También se puede presentar como una aleación de cobre y estaño.
14 ¿QUÉ COMPOSICIÓN TIENE EL BRONCE DE ALUMINIO Y DONDE SE APLICA?
• Cu 90% Al 10% • Duro, no horrible, equipos expuestos a líquidos corrosivos
227
15. ¿QUÉ COMPOSICIÓN TIENE EL LATÓN Y DONDE SE APLICA?
• Amarillo- Cu 67%, Zn 33% aplicación tubos, planchas, cartuchos• rojo-Cu 90%, Zn 10%, pintura de oro, bisutería
16. ¿QUÉ COMPOSICIÓN TIENE EL METAL FUSIBLE Y DONDE SE USA?
• Lipocuitz: Bi 50%, Pb 27%, Sn 13%, Cd 10% • Rose: Bi 50%, Pb 27 1% Sn 22 9% • Word: Bi 50% Pb 25%, Sn 12 5, Cd 12 5% • Tapones fusibles en los sistemas de rociadores automáticos
17. ¿QUÉ COMPOSICIÓN TIENE EL METAL BABBITT Y DONDE SE USA?
228
• Sn 90%, Sb 7%, Cu 3% • Cojinetes antifricción
18. ESCRIBA CINCO COMPUESTOS DEL COBRE.
229
El más importante es el sulfato de cobre(ll) penta hidratado o azul de vitriolo, CuS04 5H2 O. Otros incluyen la mezcla de Burdeos, 3Cu(OH)2CuS04, verde de París, un compilo de metaarsenito y acetato de cobre cianuro cuproso, CuCN, óxido cuproso, Cu2 O, cloruro cúprico, CuCL2, oxido cúprico, CuO, carbonato básico cuprico, naftenato de cobre, el agente más ampliamente utilizado en la prevención de la putrefacción de la madera, telas cuerdas y redes de pesca.
Nombre Cu Sn Zn Pb Ni Si Mn Al Fe Uso
Latón rojo 90 10 Trabajos duros
Latón amarillo 70 30 Cartuchos
Latón rojo con plomo 85 5 5 5 Maquinaria
Latón amarillo con plomo
72 1 24 3 Bombas
Bronce con estaño 88 8 4 Cojinetes de embarcaciones
Bronce para campanas
80 20 Campanas
Bronce para cojinetes 83 7 3 7 Cojinetes de máquinas
Bronce con silicio 95 4 1 Maquinaria de fundición
Bronce al manganeso 62 1.5 31 1 4 1.5 1.5 1.5 Alta resistencia
Bronce al aluminio 78 5 3 10 4 Resistencia a la corrosión
Plata níquel 65 4 6 5 20 Lavanderías y lecherías
LATON ROJO LATON AMARILLO BRONCE ESTAÑO
19. ¿CÓMO SE OBTIENE EL PLOMO Y CUALES SON SUS PRINCIPALES ALEACIONES?
230
El concentrado de plomo o GALENA contiene 65 a 68 % de plomo.
1. La galena es pasada por un horno de tostado para eliminar en lo posible la gran cantidad de azufre que contiene este material. Los gases del horno son procesados para obtener ácido sulfúrico y el material desufurizado pasa a un mezclador.
2. El concentrado producto del horno de tostado es mezclado con caliza, arena, escoria y mena de hierro, la que es pasada a un horno de sinterizado.
3. El material aglomerado por el horno de sinterizado se pasa a un alto horno del cual se obtiene cadmio al procesar sus gases y su producto es transferido a un tanque espumador.
4. En el tanque la espuma es recogida y enviada a una marmita a la que se le agrega azufre y con ello se obtiene cobre.
5. El sedimento del tanque espumador pasa a un horno de oxidación, también conocido como horno ablandador. La escoria de este horno contiene antimonio y arsénico. El plomo deretido se pasa a una marmita de vacío.
6. En la marmita de vacío se agrega zinc con el que el oro y la plata se disuelven, las aleaciones de oro y plata en la marmita flotan y se desnatan para ser pasadas a un horno de retorta del cual se recupera el zinc por medio de un condensador y el oro y la plata por medio de un baño electrolítico.
7. El plomo derretido pasa a la cámara de vacío luego derramado en una marmita a la que se agrega sosa cáustica de la cual se obtiene el plomo de gran calidad.
20. ESCRIBA TRES COMPUESTOS DEL CADMIO, CINC Y MERCURIO.
231
El óxido de cinc
, el hidróxido de Cinc, cloruro de cinc, sulfato de cinc, sulfuro de cinc óxido de cadmio, hidróxido de cadmio, cloruro cadmioso, hidróxido cadmioso, Nitrato mercúrico, nitrato mercurioso, óxido mercurioso, óxido mercúrico, cloruro mercurioso, cloruro mercúrico, sulfuro mercúrico, sulfuro mercurioso, fulminado de mercurio.
232
21. ¿CUÁNDO SE DESCUBRIÓ EL ESTAÑO, COMO SE OBTIENE Y CON QUE OTROS METALES SE ALEA?Los descubrimientos de estaño fueron en las tumbas egipcias, era conocido en épocas muy remotas de la historia.Para obtener el estaño, la mena se pulveriza, y se lava con el fin de eliminar la materia terrosa, y luego se tuesta para oxidar los sulfures de hierro y cobre Después de un segundo lavado, con objeto de eliminar el sulfato de cobre formado en el proceso de testación, se reduce por el carbón en un homo de reverbero El estaño fundido, que se reúne en el fondo del homo, se lleva al exterior y se moldea en bloques El estaño se afina volviéndolo a fundir a color moderado Las impurezas forman una masa infusible, mientras que la mayor parte del estaño, de punto de fusión bajo, funde y se separa Aun se purifica mejor por electrólisis, empleando ánodos de estaño impuros, cátodos de estaño puro y un baño de ácido fluosilicico y ácido sulfúrico.
22. ¿QUÉ ES UNA ALEACIÓN? Los metales se emplean en forma de mezclas más o menos complejas que reciben el nombre de aleaciones Una aleación es I producto metálico que resulta al solidificar una disolución liquida de dos o más metales, o en algún caso con algún elemento no metálico tal como el carbono.
23. ¿ CÓMO SE OBTIENE EL CARBONO Y CON QUE OTROS METALES SE ALEA?
233
Se obtiene quemando hidrocarburos líquidos como el queroseno, con una cantidad de aire insuficiente, produciendo una llama humeante. El humo u hollín se recoge en una cámara separada.
muchos elementos químicos que dan las características de ingeniería a las aleaciones ferrosas, sin embargo hay algunos que se destacan por sus efectos muy definidos, a continuación se presentan algunos de estos elementos.
Carbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sin embargo se puede decir que es el elemento que da la dureza al hierro y por medio de sus diferentes formas en las que se presenta, se pueden definir varias propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad. Con base a la cantidad de carbono en el hierro las aleaciones se pueden definir o clasificar como se observó en los temas anteriores.
24. DESCRIBA EL SILICIO Y CUALES SON SUS ALEACIONES PRINCIPALES. • Elemento químico no metálico, es el segundo elemento más abundante en
la corteja terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno. Se presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un polvo parduzco, más activo que la variante cristalina, que se presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo metálico.
• Feldespato, Si2 O8 KAI;
• asbesto, (Si03 )4 Mg3 CA; mica (SiO4)3H2 KA3
234
25. ¿COMO SE OBTIENE EL NÍQUEL Y CUALES SON SUS ALEACIONES PRINCIPALES?
• La mena se tuesta y el oxido se reduce con carbón a metal, que contiene además hierro , cobre y cobalto. La separación y purificación resulta muy complicada, y se sale de los límites de esta obra. El metal es de color blanco argentino, con ligero viso amarillo.
• Álnico, constantan, illium G, Monel, Nicrom, Plata alemana, Platinita, Estelita, Carboloy.
26.¿COMO SE OBTIENE LOS CERÁMICOS? La fundición por revestimiento es un método interesante y casi único en cuento una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. Generalmente el molde se hace de yeso, con porosidad controlada, de modo que parte do agua de la suspensión entre en la pared del molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un sólido suave. El liquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unión en este punto es arcilla- agua.
• La conformación plástica en húmedo se efectúa por medios diversos. En unos de los casos se apisona un refractarlo húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa plástica se fuerza a trabes de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada.
• Prensado con polvo seco. Esto se consigue rellenando un troquel con polvo y luego prensándolo. Generalmente el polvo contiene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después de haberse llevado a cabo cualquiera de los procesos anteriores, la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes volátiles.
• El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Las ventajas que se obtienen sobre el prensado en seco son: mayor densidad y tamaño mas fino del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección.
• La compactación isostatica. Es una manera muy especial de prensar polvos en un fluido comprensible para evitar la compactación no uniforme que a veces se observa en los troqueles. El polvo se encapsula en un
235
recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliento o en frió.
27. ¿CUÁL ES LA COMPOSICIÓN DE LOS REFRACTARIOS? Están compuestos por diversas partículas gruesas de óxido aglutinadas con un material refractario más fino.
28. ¿CÓMO SE OBTIENE LOS POLÍMEROS?Puede ser de dos maneras distintas:
236
• Polimerización de condensación (condensación): combinación repetida de las moléculas de cuerpos reaccionantes con eliminación de moléculas pequeñas, generalmente de agua. Se forma una mezcla de macromoléculas cuya composición y peso molecular medio depende del grado de polimerización obtenido.
• Polimerización por adición (polimerización) unión continua de las moléculas sencillas, sin eliminación de moléculas pequillas, la adición
se realiza por la ruptura del doble enlace.
35. CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS.
237
• Según su origeno Polímeros naturales
o Polímeros sintéticos.
• Según su mecanismo de polimerizacióno Polímeros de condensación.o Polímeros de adición.o Polímeros formados por etapaso Polímeros formados por reacción en cadena
238
• Según su composición químicao Polímeros orgánicos.o Polímeros vinílicos.o Polímeros vinílicos halogenadoso Polímeros acrílicos.o Polímeros orgánicos no vinílico
• Según sus aplicaciones o Elastómeros.
o Plásticos. o Fibras recubrimientos o Adhesivos.
• Según su comportamiento al elevar su temperatura o Termoplásticos o Termoestables
239
36. ¿CUÁLES SON LOS ELASTÓMEROS?. Son polímeros que tienen la propiedad de alargarse cuando se deforman por la acción de una fuerza y recuperar su forma una vez que la fuerza cesa. Es el caso de la goma natural, del neopreno y de los cauchos en general.
37. ¿CÓMO SE OBTIENE EL PVC Y EL POLI CARBONATO?
• Obtenido de dos materias primas naturales cloruro de sodio o sal común (CINa) (57%) y petróleo o gas natural (43%),
240
38. ¿COMO SE OBTIENE LA CAL Y CUALES SON LOS COMPUESTOS DE CALCIO? Carbonato de calcio, sulfato de calcio, oxido de calcio, cal apagada, polvo de gas, cloruro cálcico, bisulfito calcico, carburo.
241
242
BIBLIOGRAFIA
http://www.mitecnologico.com/Main/MaterialesEnIngenieria
http://es.wikipedia.org
http://monografias.com
http://rincondelvago.com
http://es.wikipedia.org/wiki/Categor%C3%ADa:Metales
http://www.mailxmail.com/curso/excelencia/cienciamateriales/capitulo11.htm
243