TECNOLOGÍAS Versión impresa MATERIALES: GENERALIDADES

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1 TECNOLOGÍAS Versión impresa MATERIALES: GENERALIDADES

2 INTRODUCCIÓN Los materiales son los diferentes tipos de materias que se utilizan para la confección y fabricación de objetos. En el mundo que nos ha tocado vivir, la utilización y manipulación de materiales para satisfacer ciertas necesidades y mejorar nuestra calidad de vida es clara. Y por eso interesa seleccionar adecuadamente un material determinado para una finalidad concreta. La ciencia de los materiales estudia los materiales teniendo en cuenta la relación entre las aplicaciones, las propiedades, la estructura y el procesamiento. Un mismo objeto puede estar hecho de materiales diferentes porque, muchas veces, la aplicación puede hacer cambiar el material que se acaba escogiendo. 1. OBTENCIÓN Y transformación El proceso que sigue cualquier materia natural hasta que se convierte en un producto útil, puede explicarse según un mismo esquema: 1. De la naturaleza se extraen las materias primas. 2. Las materias primas se transforman en materiales que se pueden trabajar. 3. Los materiales llegan a la industria, que los utiliza para producir objetos. 4. Pasado un tiempo, cuando los objetos pierden su funcionalidad, generan residuos Obtención de materias primas Todos los materiales tienen su origen en los recursos que nos ofrece la naturaleza, que son materias primas de origen animal, mineral o vegetal. Origen animal Ejemplos: piel, lana, seda, cuero, hueso, etc. Origen mineral Ejemplos: hierro, granito, etc. Origen vegetal Ejemplos: algodón, corcho, etc Transformación en materiales No todos los materiales que utilizamos se encuentran exactamente tal como en la naturaleza; algunos necesitan una transformación previa. Y, según el grado de esta transformación, hablamos de materiales naturales o materiales manufacturados. GENERALIDADES 1

3 Materiales naturales Los materiales naturales se obtienen tal cual se encuentran en la naturaleza y casi sin pasar por un proceso de transformación. Ejemplos: madera maciza, pizarra, mármol, granito, oro, plata, etc. Materiales manufacturados Los materiales manufacturados se obtienen a partir de un proceso de transformación de las materias primas que se extraen de la naturaleza. Ejemplos: papel, plástico, vidrio, cerámica, hormigón, teflón, etc Producción de objetos La industria trabaja los materiales, tanto los materiales naturales como los materiales manufacturados, para fabricar productos útiles (objetos de todo tipo: muebles, edificios, vehículos, maquinaria e instrumentos, etc.) Residuos Cuando se desecha un objeto que ya ha sido utilizado (ya sea porque se ha roto o porque no nos es necesario, lo queremos reemplazar por otro, etc.), se generan residuos. Muchos de estos objetos que no nos sirven pueden reutilizarlos la industria o se pueden reciclar los materiales de los que están hechos. Y precisamente por eso hay que tener en cuenta la regla de las «3R»: reducir, reutilizar y reciclar. Es un paso importante para proteger el medio ambiente. En el momento en que el ritmo de producción de un material es inferior al ritmo de consumo, lo estamos gastando más rápidamente que se crea, y significa que el material se agotará tarde o temprano. Otra razón para reducir, reutilizar y reciclar, en la medida de lo posible. 2. PROPIEDADES 2.1. Propiedades físicas Conductividad acústica La conductividad acústica es una medida de la oposición que un material presenta a la circulación del sonido. Cuanto mayor es la conductividad acústica de un material, más fácilmente se desplaza el sonido a través de él. Conductividad eléctrica La conductividad eléctrica es una medida de la oposición que un material presenta a la circulación de la corriente eléctrica. Cuanto mayor es la conductividad eléctrica de un material, más fácilmente se desplazan las cargas por su interior. GENERALIDADES 2

4 Conductividad térmica La conductividad térmica es una medida de la oposición que un material presenta a la transmisión del calor. Cuanto mayor es la conductividad térmica de un material, más fácilmente se transmite el calor a través de él. Densidad La densidad es la cantidad de masa de material por unidad de volumen. Dilatación La dilatación es la variación relativa de las dimensiones de un material a causa de un cambio de temperatura. Punto de fusión El punto de fusión es la temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al estado líquido. Fusibilidad La fusibilidad es una propiedad de los materiales que se refiere a la cantidad de calor que hay que aportarles para que se fundan. Para aumentar en un kelvin (grado centígrado) la temperatura de una unidad de masa de un material se necesita una cantidad determinada de calor, que es diferente en cada material. Esta cantidad se denomina calor específico. La fusibilidad tiene que ver tanto con el punto de fusión como con el calor específico, así como con alguna otra propiedad de los materiales. Higroscopicidad La higroscopicidad es la propiedad que tienen los materiales de absorber humedad del medio. La higroscopicidad afecta a la madera; a su densidad y putrefacción. Una madera húmeda corre el riego de pudrirse y por eso es necesario tratarla previamente. Porosidad La porosidad es el cociente del volumen de poros del material entre el volumen total Propiedades mecánicas Tipos de esfuerzo Cuando, sobre un cuerpo, actúan fuerzas de cualquier clase, decimos que el cuerpo soporta un esfuerzo. La reacción de una pieza de un determinado material sometida a un esfuerzo depende de diversos factores: de la intensidad del esfuerzo, de las medidas de la pieza, del material del que está hecha y, también, del tipo de esfuerzo. GENERALIDADES 3

5 Distinguimos los siguientes tipos principales de esfuerzos: Tracción La tracción es el esfuerzo al cual está sometida una pieza por la acción de dos fuerzas opuestas que la estiran. Un esfuerzo de esta clase aumenta siempre la longitud de la pieza en la dirección de las fuerzas y, si es bastante intenso, reduce su sección transversal y, finalmente, la rompe. Compresión La compresión es el esfuerzo al cual está sometida una pieza por la acción de dos fuerzas opuestas que la aplastan. Un esfuerzo de esta clase reduce la longitud de la pieza en la dirección de las fuerzas y, si es bastante intenso, aumenta su sección transversal y, finalmente, la rompe. Flexión La flexión es el esfuerzo al cual está sometida una pieza por la acción de fuerzas que tienden a doblarla. Un esfuerzo de esta clase siempre hace que la pieza se curve y, si es bastante intenso, acaba por romperla. Cizalladura La cizalladura es el esfuerzo al cual está sometida una pieza por la acción de dos fuerzas opuestas que se ejercen sobre puntos diferentes pero muy próximos, de manera que tiende a cortar la pieza. Un esfuerzo de esta clase siempre produce deformaciones en la pieza y, si es bastante intenso, acaba por romperla. Torsión La torsión es el esfuerzo al cual está sometida una pieza por la acción de dos fuerzas que tienden a retorcerla, a deformarla alrededor de un eje. Un esfuerzo de esta clase siempre produce deformaciones en la pieza y, si es bastante intenso, acaba por romperla Respuesta a los esfuerzos Cada material responde de una manera característica a los distintos tipos de esfuerzo, según su intensidad. A pesar de estas diferencias, pueden extraerse algunas conclusiones generales. A medida que la intensidad del esfuerzo aumenta, los materiales muestran primero sus propiedades elásticas, después sus propiedades plásticas y, finalmente, sus propiedades de resistencia. GENERALIDADES 4

6 Elasticidad La elasticidad es la propiedad que tienen los materiales de deformarse cuando soportan un esfuerzo y volver a su forma inicial cuando dejan de soportarlo. Un material se comporta de manera elástica cuando padece esfuerzos de intensidad baja hasta un determinado límite, denominado límite de elasticidad, que es característico de cada material. Si se supera, la deformación se hace permanente y el material puede llegar a romperse. Plasticidad La plasticidad es la propiedad que tienen los materiales de conservar las deformaciones producidas por la acción de un esfuerzo cuando lo dejan de soportar. Un material se comporta de manera plástica cuando padece esfuerzos de intensidad superior a su límite de elasticidad para el tipo concreto de esfuerzo. Según el tipo de esfuerzo bajo el cual un material muestra más claramente sus propiedades plásticas, se distingue: Maleabilidad La maleabilidad es la propiedad que tienen los materiales de deformarse permanentemente bajo un esfuerzo de compresión. Los materiales maleables permiten obtener planchas o láminas fácilmente. Ductilidad La ductilidad es la propiedad que tienen los materiales de deformarse permanentemente bajo un esfuerzo de tracción. Los materiales dúctiles permiten obtener varillas o hilos fácilmente. Resistencia La resistencia es la propiedad que tienen los materiales de soportar esfuerzos sin romperse. Sean cuales sean el material y el tipo de esfuerzo que se le aplique, finalmente se producirá la rotura. Respecto a la resistencia, la única cosa importante es la intensidad del esfuerzo que la provoca. Se dice que los materiales que soportan esfuerzos de una gran intensidad sin romperse son muy resistentes y que los materiales que se rompen con esfuerzos de intensidad baja son poco resistentes Otras propiedades mecánicas Dureza La dureza es la propiedad que tienen los materiales de oponerse a ser rayados o penetrados. Tenacidad La tenacidad es la resistencia a la rotura que presenta un material cuando se lo golpea. GENERALIDADES 5

7 La respuesta de los materiales cuando los esfuerzos que se les aplican son súbitos es, en general, bastante diferente a la que muestran cuando se aplican poco a poco. Por lo tanto, esta respuesta se caracteriza mediante propiedades diferentes a la elasticidad, la plasticidad y la resistencia. Una de estas otras propiedades es la tenacidad. Cuando un material tiene muy poca tenacidad es decir, cuando se rompe muy fácilmente si se lo golpea se dice que es frágil. Fatiga La fatiga es la resistencia a la rotura que presenta un material cuando se lo somete a esfuerzos repetidos. Los materiales tampoco se comportan igual bajo esfuerzos cuando se los aplica repetidamente. En general, se necesita un esfuerzo más intenso para romper una pieza con una única aplicación que para romperla aplicándolo insistentemente. Fluencia La fluencia o creep es la deformación lenta y progresiva de un material por acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas. Maquinabilidad La maquinabilidad es una propiedad que se refiere a la facilidad con que un material puede ser mecanizado; es decir, trabajado. Es muy variable, ya que no sólo depende de las propiedades físicas y de determinadas propiedades mecánicas, sino también de otras cuestiones más prácticas. Soldabilidad La soldabilidad es la propiedad que tienen algunos materiales de unirse sólidamente entre sí por efecto del calor y, en caso necesario, con la presencia de otros materiales adicionales Propiedades químicas Las propiedades químicas tratan sobre el comportamiento de un material en contacto con otras sustancias. Permeabilidad La permeabilidad es la propiedad que tienen los materiales de dejar pasar a través de sí agua u otros fluidos. Solubilidad La solubilidad es la propiedad que tienen los materiales de mezclarse de forma homogénea con otra sustancia, que actúa como disolvente. Combustibilidad La combustibilidad es la propiedad que tienen los materiales de arder. GENERALIDADES 6

8 2.4. Propiedades biológicas Las propiedades biológicas tratan sobre los efectos que un material produce sobre la vida y el medio ambiente. Reciclabilidad La reciclabilidad es una propiedad de los materiales que hace referencia a nuestra capacidad de transformar un producto usado en otro producto, con una nueva vida útil. En general, el nuevo producto no será del mismo tipo que el anterior. Es importante hacer énfasis en que la reciclabilidad de un material depende fundamentalmente de nuestras capacidades técnicas: muchos materiales que hace un tiempo no podía decirse que fuesen reciclables, ahora sí lo son. Biodegradabilidad La biodegradabilidad es la propiedad que tienen los materiales de deteriorarse como consecuencia de las interacciones con el medio. En general, el período de degradación de los plásticos es muy largo. Como consecuencia de esto y del uso masivo que la sociedad hace de ellos, el almacenamiento de residuos plásticos se ha convertido en un problema serio. Por esta razón es tan importante el reciclaje de los plásticos, de los cuales muchos llevan compuestos para acelerar su descomposición. Toxicidad La toxicidad es la propiedad que tienen los materiales de producir efectos negativos en los organismos. El mayor peligro de la toxicidad de los plásticos se da al ponerlos en contacto con alimentos y bebidas, en especial si se calientan dentro del mismo envase. También son tóxicos algunos plásticos de juguetes, colas y pinturas. 3. CLASIFICACIÓN 3.1. Materiales de uso habitual Maderas Las maderas se obtienen a partir de los árboles. Se talan los árboles, se les quita la corteza y las ramas, se despiezan, trocean y se secan las piezas finales. Pueden clasificarse en dos grandes grupos: Naturales Se obtienen directamente de los troncos de los árboles. Pueden ser duras, si proceden de árboles de crecimiento lento, o blandas, si proceden de árboles de coníferas o árboles de crecimiento lento. Manufacturadas Se obtienen de virutas, serrines, cortezas y ramas. GENERALIDADES 7

9 Metales Los metales se obtienen, generalmente, a partir de los minerales que están contenidos en las rocas (algunos, en cambio, pueden encontrarse en estado puro en la naturaleza). Se extraen de las rocas de los yacimientos, se separa el mineral metálico, se transporta a una planta transformadora y se separa el metal puro. Pueden clasificarse en dos grandes grupos: Férricos Contienen hierro, que puede estar mezclado con otros metales. No férricos No contienen hierro. Pétreos Los pétreos se obtienen a partir de las rocas (algunas rocas se utilizan sin apenas transformarse). Se extraen las rocas de la cantera, se trituran, se cortan en bloques, se pulen, se eliminan posibles irregularidades, se almacenan y se transportan a una fábrica transformadora. Pueden clasificarse en dos grandes grupos: Naturales Se utilizan sin apenas transformación después de haberse extraído de la cantera. Pueden ser rocas ígneas o eruptivas, sedimentarias o metamórficas. Transformados Se obtienen de transformar pétreos naturales. Pueden ser cerámicos, o aglomerantes y conglomerantes. Plásticos Los plásticos se obtienen a partir de recursos como el petróleo, el gas natural o el carbón. Se extraen las materias primas, se someten a procesos químicos de polimerización, se añaden aditivos y se trabajan para darles forma. Pueden clasificarse en tres grandes grupos: Termoestables No se ablandan ni se deforman por efecto del calor. Termoplásticos Se ablandan y se deforman y, con el frío, vuelven a endurecerse. Elastómeros Se deforman cuando soportan un esfuerzo y recuperan la forma inicial cuando se deja de aplicar el esfuerzo. Los materiales se pueden clasificar de muchas formas; ésta no es la única. Según su origen (naturales o manufacturados; animales, vegetales o minerales; etc.), según su composición (elementos o compuestos, metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos ), según sus propiedades (tenaces o frágiles, conductores o aislantes, reciclables o no reciclables, etc.). Aquí hemos querido hablar de materiales con los que seguro estáis familiarizados! GENERALIDADES 8