Materiales de uso en el transporte. Javier Martínez Gómez

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1 Materiales de uso en el transporte Javier Martínez Gómez 12/09/2014

2 ÍNDICE 1.MATERIALES DE USO EN AUTOMÓVILES. 1.1 ACERO 1.2 PLÁSTICOS 1.3 ALUMINIO 1.4 CAUCHO 1.5 VIDRIO 1.6 MICA 1.7 TEFLÓN 1.8 POR QUÉ SE USAN ESTOS MATERIALES? 1.9 CONDUCCIÓN ECOLÓGICA 2. MATERIALES DE USO EN AVIACIÓN. EVOLUCIÓN 2.1 MADERA 2.2 ACERO 2.3 ALUMINIO 2.4 TITANIO 2.5 MATERIALES COMPUESTOS

3 1. Materiales de uso en automóviles 1.1 ACERO En los vehículos, la mayoría del peso de un vehículo proviene del acero. 1,350 kilógramos de acero en un auto. Diversos tipos de acero para las diferentes áreas de un vehículo. Usos del acero en el automóvil Chasis subyacente o la caja debajo te protege en caso de un accidente. Puertas, techo y paneles de la carrocería. Algunas partes para acomodar el motor. Los escapes son creados de acero inoxidable.

4 1. Materiales de uso en automóviles 1.2 PLÁSTICOS Uso cada vez más extendido en automoción: Características de los plásticos que los hacen atractivos para uso en automoción: Durable. Barato de fabricar Puede moldearse prácticamente en cualquier forma. Partes de los automóviles elaboradas con plásticos: Los instrumentos. Medidores. Interruptores. Ventilas del aire acondicionado. Manijas. Tapetes. Bolsas de aire entre otras partes.

5 1. Materiales de uso en automóviles 1.3 ALUMINIO

6 1. Materiales de uso en automóviles 1.4 CAUCHO El caucho es un elemento vital para los autos y esto es porque los neumáticos están hechos de este material. Cerca del 75% de la producción mundial de caucho se usa para fabricar los neumáticos de los vehículos. Las ruedas son básicas para un auto: Permiten que un vehículo circule. En buenas condiciones, ayudan a ahorrar combustible e ir seguros en el camino. Además de las ruedas, el caucho lo podemos encontrar en: Limpiaparabrisas. Molduras del motor. Sellos. Manguitos. Por qué se usa? Es muy durable, económico y flexible

7 1. Materiales de uso en automóviles 1.5 VIDRIO Uso en : Parabrisas. Ventanas. Medallones. Debido a que: Permitirte ver claramente al momento de conducir. Te mantiene seguro de objetos, ya sea insectos, piedras o basura. También es usado para fabricar: Los espejos laterales. Retrovisor. Pantallas de dispositivos de navegación. Lentes de las cámaras para aparcar. Como cuarzo se utiliza como aislante a altas temperaturas. Además de lo anterior una variante de éste -la fibra de vidrio es común para utilizarse en los automóviles como elemento de insolación y parachoques.

8 1. Materiales de uso en automóviles 1.6 MICA Mineral que se encuentra generalmente en unión de otros. Esta construido por diversos silicato, siendo los más comunes los de aluminio o magnesio con potasio y sodio. Características: Peso específico : 2,7 a 3,1 g/cm 3 Resistencia : elevadas temperaturas antes de fundirse entre 1200 y 1300 C. Aislante del calor y de la electricidad. Aplicaciones: zonas altas de temperatura estufas y focos de automóviles. Se clasifican industrialmente en claras, semiclaras y mezcladas.

9 1. Materiales de uso en automóviles 1.7 TEFLÓN Características. Densidad : 2,17 g/cm 3. Temperatura : 220 a 260 º C. Absorción : 0 % de humedad. Resistencia a desgaste: excelente. Aplicaciones: boquillas, asientos de válvula, industrias químicas.

10 1. Materiales de uso en automóviles 1.8 POR QUÉ SE USAN ESTOS MATERIALES?. EFICIENCIA ENERGÉTICA Reducción del peso sigue siendo uno de los objetivos más importantes para los fabricantes de automóviles. Ahorro de combustible. Ahorro de emisiones de CO 2. Seguridad. Reciclaje de los materiales. Sin perder: Durabilidad. Fiablilidad. Atractivos para los clientes.

11 1. Materiales de uso en automóviles 1.9 CONDUCCIÓN ECOLÓGICA Beneficios directos. Reducir el consumo de carburante hasta en un 15%. Conseguir una disminución de la contaminación ambiental Reducir también en hasta un 15% las emisiones de CO 2 a la atmósfera. Beneficios asociados a la Ecoconducción Disminución de la contaminación acústica. Aumento del confort en el vehículo. Disminución del riesgo de accidentes y del estrés del conductor. Con nuevas tecnologías aplicada a la mecánica lo cierto es que se consigue un importante ahorro en: Costes de mantenimiento del vehículo. Elementos como los sistemas de frenado. Embrague. Caja de cambio y motor en general.

12 1. Materiales de uso en automóviles 1.9 Conducción Ecológica (2) Qué hay que tener en cuenta? Anticiparnos. Estar pendientes de la distancia de seguridad. El Par motor máximo: Entre las y revoluciones para los coches diésel. Entre las y en los de gasolina. Por eso, si cambiamos a una marcha superior al alcanzar esas revoluciones, el consumo será el menor posible a la misma velocidad. Circulando a más de 20 km/h con una marcha engranada, si no pisa el acelerador, el consumo de carburante es nulo. Y a «relentí» el coche consume entre 0.5 y 0.7 litros por hora. En algunos casos los conductores desperdician más del 40% del combustible lo que supone un importante gasto energético.

13 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.1 MADERA Los primeros materiales en emplearse fueron la madera y la tela, proporcionaban una resistencia adecuada con un peso muy bajo. La madera en muchos aspectos se comporta como un material compuesto, Tiene valores de módulo elástico y resistencias muy altos para su densidad. Abeto E=9000Mpa Resistencia a la tracción: 70Mpa Densidad: 400kg/m 3 Abedul E=14250Mpa Resistencia a la tracción 100Mpa Densidad: 630kg/m 3

14 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.1 MADERA Principales problemas. 1. La madera sufre cambios en su tamaño y sus propiedades con la variación de humedad. 2. La madera se ve sometida al ataque biológico. Fue utilizada hasta la segunda guerra mundial. Antes principalmente en estructuras recubiertas de tela y en recubrimientos.

15 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.2 ACERO El acero tiene buenas cualidades respecto a resistencia Esencial para la fabricación de algunos componentes: Tren de aterrizaje Herrajes Bancadas de motor... Su coste es inferior al de otro tipo de aleaciones. Problemas Densidad es excesiva. Graves problemas de corrosión. No obstante sustituyó a la madera en la construcción: Ya en la primera Guerra Mundial Junkers empleó chapas de aluminio corrugado para ahorrarse el peso de los rigidizadores. Fokker empleó la estructura del tubo de acero recubierta de tela.

16 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.3 Aluminio A partir de la Primera Guerra Mundial, se produce el desarrollo de sus aleaciones debido a : 1. Adecuada resistencia 2. Baja densidad 3. Conocimiento de sus técnicas de fabricación fácilmente forjable, Inconvenientes 1. Envejecimiento: con el tiempo sus propiedades mecánicas se alteran 2. Pequeñas muescas, cortes o arañazos pueden causar graves perjuicios a una pieza 3. Uso limitado por temperatura.

17 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.3 Aluminio Pueden distinguirse actualmente tres grupos de Aluminios, los más conocidos en aeronáutica son la serie dos mil y la siete mil 1. Aleaciones Al-Cu (duraluminio, serie 2XXX). Suele emplearse en las zonas del aparato que trabajan a tracción (como el recubrimiento del intradós del ala). 2. Al-Cu-Ni 3. Al-Zn (serie 7XXX) Alta resistencia estática. Problema Alto índice de atrición corrosión bajo tensiones (SCC- Stress Corrosion Cracking = APARICION DE GRIETAS DEBIDO A LA EXISTENCIA DE ESFUERZOS INTERNOS DENTRO DE LAS PIEZAS DEBIDO A LOS TRATAMIENTOS TERMICOS). Por ello suele emplearse en requerimientos para compresión, como en el recubrimiento del extradós. Modificaciones para ρ, más que un aumento de su resistencia. 4. Se ha intentado el uso de la aleación Al-Li, siendo el primer avión occidental en usarla el A-5 Es muy ligera, tiene una buena resistencia a la corrosión, pero... Tiene mal comportamiento en lo referente a crecimiento de grietas.

18 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.4 TITANIO Características: Su densidad está entre la del aluminio y la del acero Se comporta bien ante la corrosión Soporta bien las altas temperaturas ( ºC) Desventajas Sus propiedades se degradan en ambientes salinos Su coste es 7 veces superior al del aluminio Usos Estructuras de aviones militares y civiles (mucho menor en estos) Recubrimientos y protecciones térmicas Recubrimiento en la zona de los motores Zonas altamente calentadas (por ejemplo en el SR71, debido al calentamiento producido por los altos mach de vuelo. Figura) Toberas...

19 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.5 MATERIALES COMPUESTOS Características: Apilados en capas de distintos tipos de materiales, lo que hace que sus propiedades varíen según la dirección (parecido a la madera). Gran ventaja de poder fabricar los materiales a medida. En función de las necesidades de resistencia, las direcciones de aplicación de las cargas. Podemos encontrarlos en multitud de formas y presentaciones comerciales. Los más comunes son fibras embebidas en matrices plásticas. Fibras: Soportan los esfuerzos y cargas serán soportados por las fibras, Matriz: Da cohesión y mantiene la forma.

20 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.5 MATERIALES COMPUESTOS Plásticos, con refuerzos de fibra 1. Las primeras en usarse fueron las de fibra de vidrio matriz epoxy. Se utilizaban en carenados y otras estructuras que no tuvieran que soportar grandes cargas. 2. En los 60 se empleó por primera vez aramidas (ej: kevlar). Es más rígido que la fibra de vidrio, soporta muy bien los impactos, pero no trabaja bien a compresión ni soporta bien el ataque medio ambiental. Otras fibras usadas son las de carbono, o las mixtas (tejidos de más de un tipo de fibra, como en la imagen de abajo). 3. El primer material compuesto que se empleó en partes estructurales de un avión fue la fibra de boro. 4. La fibra de carbono tiene unas características muy similares a las de boro, y son más baratas de producir. Tienen el triple que la del aluminio! En contacto con aleaciones de aluminio le corroen, por ello han de estar debidamente aislados. Como problema tienen que son un tanto sensibles a los golpes: se dañan y pierden sus características, y los daños producidos no son sencillos de localizar

21 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.5 MATERIALES COMPUESTOS Estructuras Sandwich Se consigue resistencia, con muy poco peso. Básicamente consiste en construir un núcleo hueco y recubrirlo por ambas caras. poco su peso y gran resistencia. La estructura básica es un núcleo, cuya forma variará en función de las propiedades que queramos obtener En función de la carga a emplear (no es lo mismo un revestimiento, o un carenado que un suelo, una zona estructural...) el núcleo puede fabricarse de distintos materiales

22 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.5 MATERIALES COMPUESTOS Estructuras Sandwich a. Espuma- Foam i. Para zonas poco cargadas, como algunos revestimientos, carenados, radomos, techos, paredes... ii. Reparaciones iii. Macizados b. Madera c. Nomex (papel impregnado) i. Se consiguen estructuras muy ligeras ii. altamente resistentes (incrementando la densidad de celdas del núcleo, hasta aumentar su peso en 6, se podría multiplicar su resistencia por más de 30) d. Metales (Aluminio, acero...)

23 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.5 MATERIALES COMPUESTOS Matriz metálica 1. Grafito-Aluminio (ARAL) ARAL=ARamid Aluminium Laminate Compuesto de delgadas láminas de aluminio y fibra de aramida. El aluminio proporciona alta resistencia de forma isotrópica, y propiedades metálicas para la forja, La fibra de aramida proporciona al material compuesto resistencia a rotura y fatiga. Usado en las alas del Fokker 50 ahorraron un 20% de peso. 2. Fibra de vidrio-aluminio (GLARE) Se desarrolló por el mal comportamiento del ARAL frente a la compresión (aramidas) Consiste en un conjunto de láminas alternas de aluminio y fibra de vidrio. Características: i. Alta resistencia a la rotura. ii. Muy alta resistencia a la fatiga (la fibra de vidrio amortigua la propagación de grietas). iii. Resistencia a daños externos. iv. Alta resistencia a la corrosión. v. Buena resistencia al fuego.

24 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.6 Tendencia de uso de materiales compuestos

25 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.6 Tendencia de uso de materiales compuestos EFA y materiales usados: Amarillo=fibra de carbono. Rojo=Al-Li. Azul=Titanio. Verde oscuro=aleación de aluminio. Verde claro=fibra de vidrio.

26 2. Materiales de uso en Aviación. Evolución 2.7 POR QUÉ SE USAN ESTOS MATERIALES?. EFICIENCIA ENERGÉTICA Ahorro en combustible consiste la reducción en peso de la nave. Uso de biocombustibles basados en algas. Uso de pinturas que produzcan flujo laminar. Programas para optimizar el tráfico aéreo. Un único motor para dirigir el avión en tierra. Llegadas personalizadas y aproximación mediante descenso continuo (CDA) Para reducir las emisiones de CO 2. Destacan dos opciones: volar menos y comprar derechos de emisiones, para que el CO 2 emitido a la atmósfera pueda transformarse en un número equivalente de árboles.

27 3. Materiales de uso en Barcos 3.1 MADERA El material tradicional para la construcción de barco que era y todavía es usado para la construcción del mástil y el casco. Caracterïsicas Barato, Extensamente disponible Manejable. Inconvenientes: No es en particularmente resistente a la abrasión Se puede deteriorar si se le permiten al agua dulce u organismos marítimo penetrar en esta. Solución: Maderas resistentes a la pudrición como el cedro y el roble generalmente son seleccionadas para la construcción de barcos de madera.

28 3. Materiales de uso en Barcos 3.2 ACERO El acero es el material por excelencia de los grandes barcos debido a: Su extraordinaria dureza, aunque a veces los cascos de aluminio bien diseñados puede llegar a ser más duros que estos en la práctica. Los cascos de acero son mucho más compactos y rígidos que los barcos de fibra o madera. Necesidades: Los tratamientos antioxidación son fundamentales. Para un acabado de calidad deben ser limpiados con chorro de arena para dejarlos completamente desnudos de otras capas de pinturas, antes de aplicárseles las nuevas, y esto debe ser efectuado cada 5 o 10 años. Problemas El asilamiento térmico del casco en el interior es un grave problema: En aguas frías se producen marcados efectos de condensación Por el contrario en los trópicos se convierten en auténticos hornos.

29 3. Materiales de uso en Barcos 3.3 FIBRA DE VIDRIO Por mucha diferencia es el material más utilizado y por muchas razones: Para grandes tiradas de un mismo barco la fibra es el tipo más económico Acabado impecable, permitiendo realizar cubiertas, mamparos y distintos elementos interiores en el mismo material. Problemas: Pero si son sometidos a esfuerzos intensos, las zonas sometidas a mayor estrés comenzarán a deteriorarse y partirse debido al sometimiento repetido de altas tensiones como las producidas en un velero. No suelen degenerar en roturas trágicas pero requieren caras reparaciones. Soluciones: Los mejores cascos en fibra utilizan refuerzos estructurales de acero inoxidable unidos y laminados con la propia resina que suele ser de tipo epoxídica o vinílicas (vinyl-ester) ya que estas suelen ser de mejor calidad y propiedades Encarecen Los cascos de fibra también sufren con los rayos ultravioletas del sol.

30 3. Materiales de uso en Barcos 3.4 BARCO DE ALUMINIO Características: El ratio de dureza/peso del aluminio es excelente. Alta ductilidad para poder recibir impactos accidentales sin fracturarse. Los cascos de aluminio resisten mucho mejor que la fibra, los roces con el fondo, golpes y otros abusos. Son totalmente inmunes al proceso de ósmosis, no requieren pinturas de ningún tipo al resistir extremadamente bien la corrosión. La aleación utilizada es la 5086 o la 5083 que es menos resistente que el aluminio 6000 pero es mucho más estable frente a corrosiones. Al ser inerte frente al agua marina, el interior del casco puede ser tapizado por una capa de 3 a 6 centímetros de espuma de poliuretano para conseguir un aislamiento efectivo frente a temperatura y ruidos. Son mucho más compactos que los cascos de fibra y los distintos elementos de cubierta o del interior pueden ser directamente soldados evitando perforaciones susceptibles de provocar pérdidas de estanqueidad. El coste de reventa es siempre muy bueno ya que su conservación es excelente.

31 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.1 PARTES

32 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.2 ELECCIÓN YPUESTA EN MARCHA DE LA BICICLETA PARA SACAR UNA MAYOR EFICIENCIA Deberemos elegir la talla adecuada, situados con los pies en el suelo y con la bicicleta entre las piernas, la barra horizontal deberá encontrarse a unos 4-5 dedos de nuestra "entrepierna". Sillín, en cuanto a altura, situándolo de tal manera que, sentados sobre él bajemos un pedal hasta abajo y la pierna correspondiente no quede del todo estirada sino más bien un poco flexionada. El manillar normalmente debe estar a la misma altura que el sillín

33 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.2 ELECCIÓN YPUESTA EN MARCHA DE LA BICICLETA PARA SACAR UNA MAYOR EFICIENCIA Los frenos: lo más importante será que estos logren detener la bicicleta en el momento que necesitemos de ellos, los más comunes actualmente son los de tipo "V-Brake" y también de disco. Pedales: proponemos la utilización de rastrales o "calapiés", ya que éstos proporcionan mayor tracción que un pedal normal de plataforma y más seguridad al evitar que se nos pueda salir el pie. Los neumáticos: deberán llevar la presión adecuada para poder evitar el llantazo y pinchar, en caso de golpear la rueda contra alguna piedra.

34 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.2 ELECCIÓN YPUESTA EN MARCHA DE LA BICICLETA PARA SACAR UNA MAYOR EFICIENCIA Los frenos: lo más importante será que estos logren detener la bicicleta en el momento que necesitemos de ellos, los más comunes actualmente son los de tipo "V-Brake" y también de disco. Pedales: proponemos la utilización de rastrales o "calapiés", ya que éstos proporcionan mayor tracción que un pedal normal de plataforma y más seguridad al evitar que se nos pueda salir el pie. Los neumáticos: deberán llevar la presión adecuada para poder evitar el llantazo y pinchar, en caso de golpear la rueda contra alguna piedra.

35 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.2 TECNICA PARA MONTAR EN BICICLETA Lo más básico será: No frenar bruscamente; hacerlo de forma progresiva. Al tomar una curva, levantar el pedal interior al viraje (si es a derechas el derecho y viceversa) para evitar que éste toque en el suelo y podamos caernos. Prestar atención en todo momento a lo que nos rodea. Efectuar los cambios a la vez que se pedalea.

36 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.2 TECNICA PARA MONTAR EN BICICLETA. SEGÚN EL TERRENO Deberemos colocar nuestro cuerpo de forma que estemos lo más cómodos posible y favorezcamos la estabilidad de nuestra bicicleta. En las subidas: si nos colocamos lo más adelante posible en el sillín, favoreceremos la aplicación de fuerza sobre los pedales. Podemos alternar de vez en cuando esta posición con la de "de pie", para así estirar el cuerpo, o simplemente cuando precisemos de una mayor fuerza para subir. En las bajadas: Deberemos ir con el cuerpo hacia atrás, las velocidades son muy superiores a las de terreno llano o ascendente; llevaremos uno o dos dedos sobre las manetas de freno, para poder frenar cuanto antes. Siempre deberemos sujetar el manillar firmemente y no hacer alardes que nos puedan llevar al suelo.

37 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.3 MEDIDAS ÓPTIMAS DE UNA BICICLETA

38 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.4 EL CUADRO El cuadro es la pieza básica de una bicicleta, en la cual se fijan los otros componentes como la horquilla, las ruedas, el sillín, el manillar, etc. Es una estructura rígida capaz de soportar grandes esfuerzos y cuanto más grande el cuadro, menos rígido va a resultar. Sin embargo, nuevos materiales, como el fibra de carbono, permiten nuevos diseños.

39 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.4 CUADRO. MATERIALES DEL CUADRO De metales refinados a partir de minerales: Acero Aluminio Titanio Magnesio Escandio Cromoly (aleación de cromo-molibdeno) De materiales compuestos de fibras estructurales combinadas unidos mediante una cola o cohesivo plástico: Fibra de carbono Vidrio Aramida Espectra De materiales orgánicos: Bambú Madera De una combinación de materiales

40 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.4 HORQUILLA La horquilla es una pieza de la bicicleta formada por el tubo de dirección y unos brazos que sujetan el buje de la rueda delantera. FUNCIÓN El tubo de dirección de la horquilla sostiene la potencia (que a su vez sujeta el manubrio) al tubo frontal del cuadro. El tubo de dirección se coloca en el tubo frontal mediante un conjunto de rodamientos, denominado dirección (en inglés headset), que permite la articulación de giro de la rueda directriz MATERIALES Bicicleta de carreras: Aluminio Bicicleta de montaña: Acero o Aluminio + suspensión SISTEMAS DE SUSPENSIÓN Por aire a presión, aceite o elastómeros. A su vez, las características también varían aunque las más relevantes son la regulación de dureza, el bloqueo de la horquilla o la regulación de rebote.

41 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.5 RUEDA DE BICICLETA Está compuesta de un neumático (cubierta) caucho. En cuyo interior va una cámara de aire, también de caucho. Una llanta (aro generalmente metálico sobre el que se monta el neumático) alumino, en los años 80 de acero y en la antigüedad de madera Un buje central tienen acoplamientos para frenos de disco o forma parte integrante de los frenos de tambor. Los radios que conectan ambos.

42 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.6 SILLÍN Es uno de los tres puntos de contacto en una bicicleta, los otros son los pedales y el manillar. El sillín realiza una función similar a la montura de un caballo, que no lleva todo el peso del jinete, ya que puntos de contacto también toman parte de la carga. Los sillines suelen ser de varios tipos, unos para el ciclismo en carretera; delgados, duros y ligeros para reducir el peso. Por lo general son de cuero o plástico forrado, Pensados para reducir la presión a los huesos pélvicos. Los más blanditos, cómodos y grandes que suelen estar fabricados de un gel elastopolímero que se amolda a la forma del ciclista. Los sillines para mujer son por lo general más anchos que los sillines de hombre, ya que las mujeres tienen los huesos pélvicos más grandes.

43 4. LA BICICLETA DE MONTAÑA 4.6 POR QUÉ ES INTERESANTE USAR LA BICICLETA? Es rápida y ágil en zonas urbanas Permite recorrer distancias considerables Es ecológica No consume combustibles fósiles, ni ningún tipo de recurso perecedero. Mantiene en forma a la persona que lo utiliza. Es económica Es segura Es un medio de transporte que socializa y en general promueve el respeto.

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