PRUEBAS ACCESO CICLO FORMATIVO GRADO SUPERIOR - TECNOLOGÍA INDUSTRIAL -

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1 PRUEBAS ACCESO CICLO FORMATIVO GRADO SUPERIOR - TECNOLOGÍA INDUSTRIAL - BLOQUE 2: Materiales industriales 1. MATERIALES DE USO TÉCNICO. Si miras a tu alrededor puedes ver multitud de productos tecnológicos que el ser humano ha creado para satisfacer sus necesidades y mejorar su calidad de vida. En su elaboración se emplean diversos materiales, como madera, metales, plásticos, vidrio, etc. los cuales son elegidos según sus propiedades MATERIAS PRIMAS, MATERIALES Y PRODUCTOS. Como ya sabes, el mármol, al igual que otras rocas, se extrae de las canteras, la lana se obtiene de las ovejas, los metales de diversos minerales, y el cocho, de la corteza del alcornoque. El mármol, la lana, los minerales,...son materias primas. Las materias primas, son las sustancias que encontramos directamente de la naturaleza. Según su origen las materias primas se pueden clasificar en tres grupos: Materias primas animales: lana, seda, pieles. Materias primas vegetales: madera, corcho, algodón, lino... Materias primas minerales: metales, arena, granito, mármol... Una vez extraídas las materias primas, se transforman mediante distintos procesos, en los distintos tipos de materiales que se utilizan para fabricar productos (mesa de madera, jarrón de vidrio, cubo de plástico,...) Los materiales se obtienen a partir de las materias primas mediante procesos industriales y sirven para fabricar productos. Un producto es cualquier objeto creado y diseñado por el hombre a partir de materiales para cubrir sus necesidades o mejorar su vida. Por lo tanto, los productos se fabrican a partir de distintos materiales y los materiales se obtienen a través de las materias primas, como vemos en el ejemplo: MATERIA PRIMA MATERIAL PRODUCTO Tronco de árbol Tablero de madera mesa 1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE USO TÉCNICO. Los materiales más utilizados para elaborar los productos tecnológicos son: Materiales cerámicos (cuyo origen es la arcilla o barro cocido). Materiales pétreos (rocas como el mármol, el vidrio, el yeso, la pizarra,...). Materiales textiles (encontramos tejidos naturales, como la lana o el 1

2 algodón, y artificiales, como el nylon y la lycra). Madera (se obtiene del tronco de los árboles y las estudiaremos con más detalle a lo largo de la unidad). Los metales (se obtienen de los minerales que forman algunas rocas). - Férricos (hierro, acero y fundición). - No férricos (cobre, bronce, aluminio,...). Plásticos (en su origen se obtenían de sustancias naturales mientras que en la actualidad son subproductos del petróleo) PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. Las propiedades de un material son el conjunto de características que hacen que se comporte de una determinada manera ante fenómenos externos como la luz, el calor, fuerzas, electricidad... Las propiedades de los materiales se pueden clasificar en varios grupos: propiedades eléctricas, térmicas, magnéticas, ópticas, químicas, mecánicas, tecnológicas, etc. PROPIEDADES FÍSICAS Propiedades eléctricas Son las que determinan el comportamiento de un material cuando a través de él circula una corriente eléctrica. Entre otras, podemos destacar: Conductividad eléctrica. Expresa la facilidad con que un material deja de pasar la corriente eléctrica a través de él. Los materiales atendiendo a su conductividad se clasifican en: conductores, semiconductores y aislantes. La conductividad es la propiedad inversa de la resistividad ( =1/ ρ). La conductancia es la inversa de la resistencia (G = 1/R). Ejemplo: los metales Resistividad. Es la medida de la oposición de un material al paso de la corriente eléctrica. Se expresa por la letra ρ. Ejemplo: el plástico o la madera. Propiedades térmicas Las propiedades térmicas determinan el comportamiento de los materiales ante el calor. Entre otras, podemos destacar: Dilatación o contracción térmica.- Es la propiedad que tienen ciertos materiales de aumentar o disminuir sus dimensiones al variar su temperatura. La dilatación térmica se expresa de tres formas distintas atendiendo a la forma geométrica del material. Por ello podemos hablar de coeficiente de dilatación lineal ( ), coeficiente de dilatación superficial ( ) y coeficiente de dilatación cúbica ( ). Por ejemplo los metales. = L / (L T) ; = S / (S T) ; = V / (V T) 2

3 Conductividad térmica.- Expresa la mayor o menor facilidad con la que un material transmite el calor a través de si mismo. Los metales son buenos conductores térmicos, mientras que la madera y los materiales plásticos son aislantes térmicos. Calor específico (C e ).- Es el calor necesario para elevar un grado centígrado la temperatura de la unidad de masa del material. Calor latente de fusión.- Es el calor necesario para transformar la unidad de masa del material del estado sólido al estado líquido. Fusibilidad.- Algunos materiales pueden pasar del estado sólido al líquido al elevar la temperatura, como los metales; cuando estos materiales se funden pueden unirse consigo mismos o con otro material; esta unión se llama soldadura. Propiedades magnéticas Las propiedades magnéticas representan los cambios físicos que se producen en un material al estar sometido a un campo magnético exterior. Pueden ser de tres tipos: Materiales diamagnéticos. Se oponen al campo magnético aplicado, de tal forma que en su interior el campo magnético es más débil. Por ejemplo: mercurio, oro, plata, cobre Materiales paramagnéticos. El campo magnético en su interior es algo mayor que el aplicado. Por ejemplo: el aluminio, magnesio, platino Materiales ferromagnéticos. El campo magnético es mucho mayor que el aplicado. Estos materiales se utilizan como núcleos magnéticos en transformadores y bobinas. Estos últimos son los más importantes. Propiedades ópticas Según el comportamiento de los materiales ante la luz, nos encontramos con tres tipos de materiales: transparentes, translúcidos y opacos - Cuerpos transparentes: transmiten la luz, por lo que permiten ver a través de ellos (dejan pasar totalmente la luz). - Cuerpos translúcidos: dejan pasar la luz, pero impiden ver los objetos a su través (dejan pasar parte de la luz). - Cuerpos opacos: absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su través (no dejan pasar la luz). Otras propiedades Densidad.- La densidad es la relación entre la masa de un material y su volumen. La densidad de los plásticos es bastante baja mientras que la densidad del acero es elevada. Peso específico.- Es la relación existente entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el SI es el N/m 3. Conductividad acústica.- Es la capacidad de un material para conducir o no el sonido. Algunos plásticos, la fibra de vidrio y el corcho son aislantes del sonido. Los metales, en cambio, son buenos conductores del sonido. PROPIEDADES QUÍMICAS 3

4 Aquellas que se refieren a las fuerzas de enlace y su comportamiento ante medios agresivos externos. Se manifiestan cuando los materiales sufren una transformación debido a su interacción con otras sustancias. Oxidación. Facilidad que tiene un material a oxidarse al reaccionar con el oxígeno del aire o el agua. Los metales son muy sensibles a la oxidación y a la corrosión. Corrosión. Deterioro lento de un material por la acción de un agente exterior. Reacción química o electroquímica del aire o agua salada. Acidez y alcalinidad. Propiedad que tienen algunos materiales de formar sales al combinarse con algún óxido. Propiedad que tienen algunos materiales de formar hidróxidos metálicos. La acidez se expresa mediante el ph. Si es mayor que 7 es básico, si es menor es ácido y si es igual a 7 es neutro. PROPIEDADES MECÁNICAS Son aquellas que determinan el comportamiento del material cuando está sometido a fuerzas externas. Entre otras, podemos destacar: Dureza.- Es la resistencia de un material a ser rayado. Según la escala de Mohs, el material más duro es el diamante y el más blando el talco. Tenacidad.- Resistencia que opone un material a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación (cuando es golpeado) Ej.: el metal. Fragilidad. - Tendencia de un material a sufrir, bajo una carga o choque, una fractura sin deformación. Propiedad contraria a la tenacidad (ej. El vidrio). Maleabilidad.- Capacidad de un material para deformarse en forma de planchas o láminas (ej. aluminio) Ductilidad.- Capacidad de un material para deformarse en forma de hilos (ej.- cobre) Elasticidad.- Capacidad de un material de recuperar su forma original cuando cesa la fuerza que lo deforma (ej. algunos plásticos como el caucho son elásticos). Plasticidad. - Es la propiedad que tiene un material de admitir deformaciones permanentes cuando actúa sobre el una fuerza (ej. la arcilla). Resistencia mecánica.- Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales al actuar fuerzas sobre ellos. Los esfuerzos a aplicar pueden ser de: - Tracción: se denomina tracción al esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, que tienden a alargar el objeto y actúan de forma perpendicular a la superficie que lo sujeta. 4

5 - Compresión: se denomina compresión al esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas en sentido opuesto, que tienden a acortar el objeto y actúan perpendicularmente a la superficie que lo sujeta. - Flexión: se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un cuerpo alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal, debido a la aplicación de una fuerza paralela a la superficie de fijación. Dicho esfuerzo tiende a doblar el objeto. - Torsión: se denomina torsión al esfuerzo al que está sometido un cuerpo que tiende a retorcer dicho objeto. Sobre él se aplican fuerzas paralelas (que forman un par) a la superficie de fijación. - Pandeo: es un esfuerzo similar al de compresión, pero que se da en objetos con poca sección y alargados, que tienden a doblarse cuando se les comprime. - Cizalladura: es el que producen dos fuerzas sobre un material, que tratan de cortarlo. En piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento torsor. PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Indican la mayor o menor predisposición de un material a poder ser trabajado de determinada forma. Entre otras, podemos destacar: Colabilidad. Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde. Maquinabilidad (facilidad para el mecanizado). Es la facilidad o dificultad que presenta un material a ser trabajado con herramientas cortantes ENSAYOS DE PROPIEDADES Para saber las características específicas de los materiales debemos recurrir a una serie de ensayos. Los ensayos pueden tener dos objetivos bien diferenciados: servir para la elección del material destinado a un fin determinado, o para la comprobación de que el material elegido cumple en el momento de usarlo las cualidades fijadas por las disposiciones legales vigentes. Entre otros, los más usuales son: ensayo de dureza, de tracción, de fatiga, resiliencia, etc. Ensayo de dureza El ensayo es realizado con elementos en forma de esferas, pirámides o conos. Estos elementos se oprimen contra el material y se procede a medir el tamaño de la huella que deja. Luego se aplica una formula y se calcula el grado de dureza. Es un ensayo fácil y no destructivo; puede realizarse en cualquier sitio, ya que existen durímetros fácilmente transportables. Una de las ventajas del ensayo de dureza es que los valores entregados pueden usarse para hacer una estimación de la resistencia a la tracción. La dureza superficial puede aumentarse añadiendo al material una capa de carbono, en un tratamiento térmico denominado cementación. La dureza se mide por distintos procedimientos, pero los que más se utilizan son el método Brinell, el método Vickers y el método Rockwell. 5

6 Ensayo de tracción Este ensayo es uno de los más importantes y permite determinar las propiedades de la tracción: resistencia a la tracción, límite elástico, alargamiento y módulo elástico. Consiste en someter a una probeta de forma y dimensiones normalizadas a un esfuerzo de tracción en la dirección de su eje longitudinal hasta su rotura, estudiando su comportamiento. En caso de que el material no se rompa y mantenga la forma estirada, decimos que es un material plástico, y si vuelve a su forma original sin romperse, es un material elástico. En este ensayo se utilizan unas probetas especiales que constan de un cuerpo central y dos cabezas laterales que las sujetan a las mordazas de una máquina. Para la realización de este ensayo, se emplea una máquina universal de ensayos. Los resultados obtenidos se representan en una gráfica, en cuyo eje de abscisas se reflejan los valores de las deformaciones ( L) y en el eje de coordenadas las tensiones de tracción aplicadas (F). La curva de tracción obtenida presenta dos zonas destacadas: Zona elástica (OA). Se caracteriza porque al cesar las tensiones aplicadas, los materiales recuperan su longitud original. Dentro de esta zona podemos diferenciar otras dos: - Zona proporcional (OA ). Observamos que se trata de una recta, en ella las deformaciones (alargamiento unitario, ) son proporcionales a las tensiones aplicadas ( ). Se cumple la Ley de Hooke: = E ; = F/S ; = L/l 0 ; L = l l 0 Donde: = Tensión aplicada (N/m 2 = Pascal); F = fuerza axial aplicada a la probeta (N); S = sección inicial de la probeta (m 2 ); = alargamiento unitario; E = módulo de elasticidad; L = variación de longitud de la probeta; l 0 = longitud inicial. - Zona no proporcional (A A). En esta zona el material se comporta de forma elástica, pero las deformaciones y tensiones no están relacionadas matemáticamente. El punto A señala el límite elástico o límite de fluencia. Zona plástica (ABC). Se ha rebasado la tensión del límite elástico, de tal forma que aunque dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material ya no recupera su longitud original. Diremos que el material ha sufrido deformaciones permanentes y se produce una disminución de sección en la zona media de la probeta. Dentro de esta zona podemos distinguir dos: - Zona límite de rotura (AB). Zona donde se producen grandes alargamientos a pequeñas variaciones de tensión. El límite de esta zona se denomina límite de rotura, y a la tensión aplicada en dicho punto (punto B), tensión de rotura. 6

7 - Zona de rotura (BC). A partir del punto B el alargamiento aumenta a pesar de disminuir la carga, también aumenta la disminución de sección hasta llegar a la rotura efectiva en el punto C. Ensayo de compresión Este ensayo estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de compresión, progresivamente creciente, hasta conseguir la rotura o aplastamiento, según la clase de material. Por lo general se someten a compresión las fundiciones, metales de cojinetes, piedras, hormigón, etc. Las probetas son cilíndricas para los metales y cúbicas para los no metales. La máquina empleada para efectuar este ensayo es la misma que la utilizada en el ensayo de tracción, la máquina universal de ensayos. El diagrama de compresión es semejante al de tracción, pero los datos que proporciona son de signo contrario. Con la máquina universal de ensayos, de forma análoga, se pueden realizar también ensayos de torsión y cizalladura. Ensayo de fatiga Cuando las piezas están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido que se repiten con cierta frecuencia, se pueden romper a cargas inferiores a las de rotura. Si el número de ciclos es muy grande, la rotura se puede producir en la zona elástica. A este fenómeno se le conoce con el nombre de fatiga. Las leyes fundamentales de fatiga: Las piezas metálicas se pueden romper con esfuerzos unitarios inferiores a su carga de rotura, y en algunos casos menores al límite elástico si el esfuerzo se repite un número determinado de veces. Para que la rotura no tenga lugar, con independencia del número de ciclos, es necesario que la diferencia entre la carga máxima y la mínima sea inferior a un determinado valor, llamado límite de fatiga. Los ensayos de fatiga más habituales son los de flexión rotativa y torsión. Ensayo de resiliencia o resistencia al choque La resiliencia es la característica mecánica contraria a la fragilidad. La finalidad de este ensayo dinámico por choque es la determinación de la energía absorbida por una probeta de determinadas dimensiones, al provocar su ruptura de un solo golpe, expresándose su resultado en Kg/mm 2. Es muy importante para conocer el comportamiento del material destinado a la fabricación de ciertas piezas y órganos de máquinas, ya que han de estar sometidos a esfuerzos dinámicos. La resiliencia se obtiene como: 7

8 Donde: E p = energía absorbida en la rotura; S = sección de la probeta. Para la realización del ensayo se emplea el péndulo de Charpy que consiste en una masa pendular, que oscila alrededor de su eje. Al caer la masa desde una altura, choca contra la probeta y esta se rompe, absorbiendo una cantidad de trabajo que se corresponde con la diferencia de energía potencial en el instante inicial y final, relacionándola con la superficie de la probeta. Ensayo de rigidez dieléctrica Los ensayos de rigidez están orientados a comprobar esta característica de diversas maneras de acuerdo al tipo de aislante o eventualmente a un artefacto eléctrico completo. En el caso de materiales en general se coloca el aislante (que puede ser sólido, líquido o gaseoso) entre dos electrodos con forma normalizada y se aplica la tensión de ensayo (continua o alterna) durante un tiempo especificado registrándose si el aislante se perfora. En el caso de artefactos (motores, transformadores etc.) se aplica la tensión especificada entre los conductores y la masa metálica del artefacto comprobándose que no se producen daños en el aislamiento. 8

9 2. LOS METALES. Los materiales metálicos los utiliza el ser humano desde tiempos prehistóricos y están presentes en todas las actividades económicas hoy en día. Entre sus propiedades cabe destacar las siguientes: Brillo característico. Más densos y pesados que otros materiales. Gran resistencia mecánica. Soportan grandes esfuerzos, presiones y golpes. Suelen ser tenaces, maleables y dúctiles, por eso es fácil darles forma. Son buenos conductores de la electricidad y del calor. Obtención Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas. Por ejemplo, el metal hierro se extrae de minerales de hierro como la magnetita o la siderita. Los minerales que se extraen de las minas, se componen de dos partes: Mena: es la parte útil del mineral, de la que se extrae el metal. Ganga: es la parte no útil del mineral. Esta parte se desecha. La ganga debe separarse de la mena. Alguno de los más importantes son la bauxita, de la que se extrae el aluminio y el mineral de hierro, del que se extrae el hierro. La rama de la técnica que el ser humano ha desarrollado para obtener el metal de los minerales se llama metalurgia. Existe una rama de la metalurgia que trabaja sólo con minerales de hierro que se llama siderurgia. Las propiedades de los metales puros, como la dureza, la resistencia a la corrosión, la tenacidad, la ductilidad, elevada conductividad térmica y eléctrica, etc. mejoran considerablemente cuando se mezclan con otros metales y no metales formando aleaciones. Los metales y las aleaciones más usados actualmente en la industria son: el acero, el aluminio y las aleaciones ultraligeras. Tipos de metales Los Metales se pueden dividir en dos grandes grupos: Metales ferrosos: Son aquellos metales que contienen hierro como componente principal. Entre estos están - El hierro puro. - El acero. - La fundición. Metales no ferrosos: Son aquellos metales que no contienen hierro o contienen muy poca cantidad de hierro. Hay muchos: - El cobre. - El aluminio. 9

10 - El bronce. - El cinc. - El plomo, etc. Hay un tipo de metales no ferrosos que destacan por su valor económico, llamados metales nobles, los cuales son: oro, plata y platino METALES FERROSOS. El metal más empleado hoy en día es el hierro, pues es abundante y tiene buenas propiedades. Los metales férricos más importantes son: Hierro puro (Fe): No presenta buenas propiedades mecánicas, por lo que tiene muy pocas aplicaciones técnicas (se usa en electricidad y electrónica por sus propiedades magnéticas). Tiene un porcentaje de carbono (C) menor del 0,003%. Acero: Es una aleación de hierro y carbono (que no es un metal). El acero tiene un contenido en carbono que oscila entre el 0,03 y el 1,76%. Fundición: Es una aleación de hierro y carbono que tiene un contenido en carbono que oscila entre el 1,76 y el 6,67%. Diferencias entre el acero y la fundición 1. La fundición tiene más carbono que el acero 2. La fundición es más dura que el acero, es decir, es más difícil de rayar. 3. La fundición es más resistente a la oxidación y al desgaste que el acero. 4. La fundición es muy frágil. Si se intenta deformar se fractura. Aplicaciones de los metales ferrosos Acero Herramientas Cacharros de cocina y cubiertos Electrodomésticos Elementos de estructuras metálicas Tornillos, tuercas, clavos, Farolas Tapas de alcantarillas Motores Fundiciones OBTENCIÓN DEL HIERRO. Como características más importantes cabe indicar que el hierro tiene el símbolo químico Fe, tiene un peso específico de 7,68 Kg/dm 3, un punto de fusión 1535 ºC y un calor específico de 0,11 Kcal/Kg ºC. Se conoce como proceso siderúrgico al conjunto de operaciones que es preciso realizar para llegar a obtener un metal férrico de unas determinadas características. El proceso siderúrgico engloba desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la obtención del producto final. El hierro es un metal que forma parte de la corteza terrestre (5%); nunca se presenta en estado puro, sino combinado formando óxidos, hidróxidos, carbonatos y sulfuros. Según el contenido en hierro se distinguen distintos tipos: 10

11 El mineral que se extrae de la mina contiene una parte con el componente de hierro, llamada mena (elementos aprovechables), y otra parte compuesta por sustancias no ferrosas llamada ganga (elementos no aprovechables) tales como roca, sílice, Los minerales más utilizados industrialmente son la magnetita y la hematites. El mineral de hierro en forma de óxido, es necesario someterlo a unas operaciones preparatorias. Estas tienen por objeto aumentar el porcentaje de hierro del mineral y mejorar sus condiciones físicas (porosidad) para facilitar su posterior reducción. El tamaño de los trozos, porcentaje de polvos y la cantidad de la ganga influyen también en el proceso. Con el fin de separar la ganga se utilizan los métodos de separación hidromecánica, flotación o separación magnética. Estas operaciones suelen ser: Lavado, para eliminar la tierra y otras impurezas que contenga el mineral. Triturado, de los trozos demasiados grandes de mineral. Sinterizado, que consiste en aglomerar los trozos demasiados pequeños y el mineral en polvo, formando trozos de tamaño medio, lo que permite en mayor aprovechamiento del mineral. El material que se obtiene, desmenuzado en forma de bolitas, posee una concentración de hierro próxima al 70%. Éste debe llevarse a un alto horno para obtener una mayor concentración. En él sucede un proceso siderúrgico llamado reducción, que consiste en eliminar el oxígeno del mineral de hierro para que quede el hierro libre. Para ello se emplean unos materiales que reciben el nombre de reductores, siendo el más empleado en carbón de coque, que se obtiene de la destilación de la hulla. En el alto horno se introducen: El mineral de hierro en forma de óxido. El reductor, coque, que además de actuar como reductor, proporciona con su combustión el calor necesario para alcanzar las temperaturas de fusión del mineral. El fundente (generalmente, pieza caliza), cuya misión consiste en combinarse con la ganga que acompaña al mineral de hierro. De la combinación del fundente y ganga, se obtiene un producto denominado escoria, que en estado líquido se separa de la masa 11

12 fundida de hierro debido a su menor densidad. El mineral de hierro, el coque y el fundente, se cargan en el horno por la parte superior llamada tragante, y va descendiendo a zonas de mayor temperatura a medida que va comenzando la reducción, llegando a la parte más ancha del horno llamada vientre en estado liquido. El hierro fundido se combina con el carbono, formando el arrabio, que desciende hasta el crisol. Cuando esta mezcla llega a la bigotera, se extraen por ésta las escorias formadas por el fundente y ganga. En este proceso químico aparte del arrabio y de las escorias, también se producen gases que son eliminados por una salida de la parte alta de la cuba del horno. Los gases se recuperan por el valor energético que contienen y las escorias se utilizan para fabricar asfaltos. Cuando han salido las escorias se abre la piquera, que se encuentra en el fondo del crisol, denominado solera y se deja salir del horno el arrabio líquido que se carga en unos contenedores especiales llamados torpedos en los que se transporta. El arrabio es un producto frágil y quebradizo con muchas impurezas que no tiene aplicación industrial, por lo que es preciso someterlo a otros procedimientos para transformarlo en hierro dulce, acero o fundición. El arrabio contiene mucho hierro pero a su vez un alto contenido en carbono EL HIERRO DULCE. El hierro dulce, como hemos visto, es aquel cuyo contenido en carbono es inferior al 0,1 %. En estas condiciones puede considerarse químicamente puro. Es un material de color plateado, de gran permeabilidad magnética, dúctil y maleable. Admite la forja, por lo que también se le denomina hierro forjado. Puede obtenerse por procedimientos electrolíticos. No tiene muchas aplicaciones industriales por sus malas propiedades mecánicas (resulta muy poroso, se oxida con gran facilidad y presenta con frecuencia grietas internas). Se usa en electricidad y electrónica por sus propiedades magnéticas (formando lo que se conoce como ferritas) ACERO. 12

13 El acero es una aleación hierro-carbono cuya composición corresponde a cantidades de carbono inferiores al 1,76%, además de contener otras impurezas o metales. A diferencia de la mayoría de aleaciones, el acero no se obtiene por fusión y mezcla de sus componentes. Para obtener acero es preciso eliminar las impurezas que tiene el arrabio principalmente fósforo y azufre, así como reducir el porcentaje de carbono que suele estar entre el 3% y el 5%, lo cual se consigue por medio del afino. Aunque existen varios procedimientos de afino, en la actualidad los dos más empleados son el convertidor o procedimiento LD y el horno eléctrico. En ambos casos se obtiene acero de excelente calidad. Afino con convertidor o procedimiento LD El arrabio en estado liquido transportado en los torpedos, se vacía en un recipiente denominado cuchara, que lo vierte en el horno de afino que recibe el nombre de convertidor. Además del arrabio, en el convertidor se echa chatarra, fundentes (cal) y ferroaleaciones que se funden con el arrabio. Dentro del convertidor se inyecta oxígeno a presión a través de una lanza, con lo que se consigue quemar las impurezas y el exceso de carbono del arrabio, convirtiéndose en acero. Después de esto se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre la masa líquida. A continuación se vierte el acero sobre la cuchara. Con el acero procedente del convertidor se realiza la colada, que puede ser de tres tipos: convencional, continua o de lingoteras. Al final de la misma se obtienen unos productos denominados desbastes, que pueden ser de dos tipos, largos (bloom) o planos (slab). Los desbastes pasan a los trenes de laminación, donde se obtienen las distintas formas comerciales de los aceros: chapas, pletinas, alambres, perfiles estructurales, etc. Afino en hornos eléctricos Es un procedimiento costoso, pero los aceros obtenidos son de mejor calidad que los obtenidos en el convertidor LD. Se produce un acero muy homogéneo, sin impurezas y con una composición precisa. El acero se obtiene a partir de cuatro productos: chatarra, ferroaleaciones y fundente (cal), que se introducen directamente en el horno. Puede alcanzar altas temperaturas, lo que le hace adecuado para fundir cualquier aleación ferrosa y otras, incluso de metales que funden a muy alta temperatura. El calor necesario para la fusión del metal se obtiene de un arco eléctrico formado entre los electrodos de grafito. En primer lugar se introduce en el horno la chatarra más el fundente. A continuación se 13

14 saca la escoria, se añade carbón de coque que se emplea como reductor para evitar la oxidación del metal, y se sigue calentando toda la masa. Luego se le añaden las ferroaleaciones. Finalmente se vierte todo el acero fundido sobre una cuchara especial que lo llevará al área de colada. Proceso de transformación del acero Coladas: a) Convencional: verter aceros sobre moldes. b) Sobre lingoteras: son moldes prismáticos. Puede ser de manera directa o por sifón (por el fondo de la cuchara). c) Continua: el producto sale sin interrupción de la máquina. Convencional: Se vierte el acero sobre moldes con la forma del producto que se desea obtener y se deja solidificar en dicho molde. Sobre lingoteras: En esta colada el acero se vierte sobre grandes moldes de formas prismáticas y secciones cuadra-das. Estos productos se llaman lingotes. Éstos, al ser de gran tamaño, tienden a solidificar rápidamente en el exterior y lentamente en el interior. Para evitar esto se introducen en el horno de fosa, donde se consigue el enfriamiento uniforme de los lingotes. Si no fuera así, podrían producirse roturas en el lingote, lo cuál le haría inservible. La colada sobre lingoteras se emplea cuando hay un exceso de producción de acero, entonces el acero se conserva de esta forma. Continua: Se obtiene directamente como productos desbastes de sección rectangular, que se clasifican en dos tipos. Dependiendo del ancho de estos productos serán bloom si son estrechos y slab sin son más anchos. Bloom: - tren de palanquilla: barras, alambres y telas metálicas. - tren estructural: perfiles, carriles y barras comerciales. Slab: 14

15 - tren de bandas en caliente: chapas metálicas que se obtienen en bobinas o rollos. - tren de bandas en frío: si se quiere reducir el espesor de las chapas se pasan después por este tren consiguiendo hasta espesores de 0 1 mm. Tipos de aceros y aplicaciones El acero es sin duda, la aleación más útil para el ser humano. Como sabemos los aceros son aleaciones de hierro y de carbono (entre el 0 03 y el 1 76 %) a las que se pueden añadir otros materiales (manganeso, níquel, silicio, cromo, vanadio, etc.) según las propiedades del tipo de acero que se desee lograr. Se aplican en muchos campos industriales. Hay dos tipos de aceros: Aceros comunes. Hechos sólo con hierro y carbono. Dependiendo del porcentaje de carbono, estos aceros poseen unas características determinadas, de manera que a medida que aumenta el contenido en carbono, aumenta la dureza y la resistencia a la tracción y disminuye la plasticidad (maleabilidad y ductilidad). Los de bajo contenido en carbono son dúctiles y maleables, mientras que los de alto contenido son frágiles y duros. Estos aceros admiten bien los trabajos de forja y laminación y son aptos para tratamientos térmicos. Acero bajo en carbono: los aceros producidos con un contenido bajo en carbono entre el 0,1 y el 0,3% se clasifican como aceros bajos en carbono. Se pueden cortar y trabajar con máquina fácilmente, son muy fáciles de soldar y poco resistentes a la corrosión. Debido a su ductilidad y su resistencia a la tracción permite tratamientos mecánicos en frío. Este tratamiento lo vuelve menos dúctil y más frágil. Se emplean en estructuras (alambres, barras, láminas, vigas ), material de ferretería (clavos, tornillos, tuercas ) y piezas forjadas y moldeadas. Acero con contenido medio en carbono: estos aceros contienen entre un 0,4% y un 0,5% de carbono. Por tanto, son más duros y menos dúctiles que los aceros bajos en carbono. Son muy tenaces y tienen una resistencia elevada a la tracción. Se usan para la fabricación de productos tenaces y resistentes al desgaste tales como, herramientas (martillos, hachas, llaves ) Acero con gran contenido en carbono: estos aceros tienen un contenido de carbono que oscila del 0,5 al 0,7%. Son materiales muy duros y frágiles. Se usan principalmente para herramientas cortantes y productos que tienen que resistir el desgaste (hoja de guillotina, formones, brocas, muelles ). Aceros aleados o especiales. Si en el proceso de afino se incorporan al baño de acero elementos como el níquel, cromo, molibdeno, vanadio, cobalto, etc. obtenemos aceros especiales o aleados que normalmente se utilizan para aplicaciones concretas debido a sus cualidades específicas. Dependiendo de los elementos que añadimos al acero, éstos pueden mejorar ciertas propiedades: 15

16 Nombre del elemento Propiedades que mejoran Cobalto Dureza, aumenta sus propiedades magnéticas. Disminuye la templabilidad. Cromo Resistencia a la oxidación y corrosión, dureza, tenacidad. Favorece la templabilidad. Manganeso Dureza, resistencia al desgaste y a la tracción. Aumenta la templabilidad. Molibdeno Dureza, tenacidad. Aumenta la templabilidad. Níquel Resistencia a la corrosión, resistencia a la tracción. Aumenta la templabilidad. Silicio Elasticidad, aumento de la conductividad magnética Vanadio Dureza, resistencia a la fatiga, la tracción y al desgaste LA FUNDICIÓN. Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono con mayor contenido que el acero (entre el 1,76 y el 6,67%) y adquieren su forma directamente de la colada. Es un material muy frágil y quebradizo con una capa exterior muy dura. Tienen una resistencia elevada a la compresión, pero resistencia baja a la tracción. No se someten a procesos de deformación ni en frío ni en caliente, no son dúctiles ni maleables y no pueden forjarse ni laminarse. Son poco tenaces, pero resistentes al desgaste por rozamiento. Son fáciles de moldear y se emplean en la fabricación de piezas de gran tamaño. Al tener más carbono resisten mejor la corrosión y los cambios de temperatura. Su fabricación es más sencilla que la del acero, ya que su punto de fusión es más bajo y, por tanto, la mecanización resulta más fácil. Las piezas de fundición, por su fácil fabricación, son más baratas que las de acero. Obtención de la fundición El arrabio procedente del alto horno que se va a destinar a fundiciones se transporta en los torpedos y se cuela en unos moldes denominados lingoteras, donde al solidificar queda en forma de lingotes. El arrabio se introduce en un horno de cubilote, colocando capas alternas de arrabio y de coque mezclado con fundente (piedra caliza). Una vez lleno el horno se inyecta aire por unas toberas lo que facilita su combustión, cayendo el metal fundido en la parte inferior del horno denominado crisol, a través de los huecos que deja el coque al quemar. Cuando el metal está fundido se deja salir a la escoria por un conducto y posteriormente se recoge la fundición en estado líquido en una cuchara y se vierte en los moldes con la forma adecuada de las piezas que se desea obtener. Este proceso está en desuso. Clasificación y aplicaciones de las fundiciones Las características de una fundición no dependen solamente de su composición química, sino del proceso de elaboración. Ambas formas van a determinar la manera de presentar el carbono (combinado, en forma de grafito laminar, esferoidal, etc.) Su clasificación se hace atendiendo al aspecto de la fractura (color y forma que tiene 16

17 cuando se rompe), propiedades y composición. Se clasifican en: Fundiciones ordinarias. Hechas sólo con hierro y carbono y algunas pequeñas impurezas (parte de otro material). No se pueden trabajar en la forja. Por el aspecto que presenta su fractura se pueden clasificar en: - Fundición blanca: presenta todo o parte del carbono que contiene en forma de carburo de hierro o cementita, siendo éste el constituyente más duro de los aceros. Pero tiene el inconveniente de ser muy frágil. Su fractura es de un color blanco brillante, de ahí su nombre. Tiene una dureza muy alta y es casi imposible de mecanizar. Se fabrican engranajes para automóviles y maquinaria agrícola. - Fundición gris: presenta todo o parte del carbono en forma de finas láminas de grafito, repartidas entre la masa de hierro. Tiene grano fino. Es fácil de mecanizar y su dureza es menor que la anterior. Se emplea para la mayoría de las piezas mecánicas que han de servir de soporte o de alojamiento de mecanismos (ejemplo: carcasa de motores, bancadas de máquinas, etc.). - Fundición atruchada: sus propiedades son intermedias entre la fundición blanca y la gris. Recibe el nombre por su color, parecido al de las truchas. Fundiciones aleadas. Hechos con hierro, carbono y otros elementos en mayores proporciones con los cuales mejoran sus propiedades. Las propiedades mecánicas son mejores que las de las fundiciones ordinarias. Fundiciones especiales. Se obtiene a partir de las fundiciones ordinarias, mediante tratamientos térmicos adecuados o añadiendo algún elemento químico METALES NO FERROSOS. Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos) son cada día más imprescindibles. Los materiales no férricos son más caros y difíciles de obtener que los férricos, sin embargo presentan algunas propiedades que los hacen necesarios: son más difíciles de oxidar, conducen mejor la electricidad y el calor, funden a temperaturas más bajas, son más fáciles de mecanizar, etc. Se pueden clasificar según su densidad en: Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 Kg/dm 3. Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto entre otros. Ligeros: tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 Kg/dm 3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio. Ultraligeros: su densidad es menor a 2 Kg/dm 3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación. Todos estos metales no ferrosos, es estado puro, son blandos y poseen una resistencia mecánica bastante reducida. Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen alearse con otros. Las aleaciones de 17

18 productos no ferrosos tienen gran cantidad de aplicaciones: Monedas (fabricadas con aleaciones de cobre, níquel y aluminio) Filamentos de bombillas (wolframio) Material de soldadura de componentes electrónicos (estaño-plomo) Recubrimientos (cromo, níquel, cinc) Etcétera. Los metales no ferrosos más importantes son: cobre, estaño, plomo, cinc, aluminio, titanio y algunas de sus aleaciones METALES PESADOS. Cobre El cobre es un metal puro y el tercer metal más importante del mundo. Su símbolo químico es Cu, su peso específico 8,94 Kg/dm 3 y su punto de fusión 1083 ºC. Es un metal de color rojo brillante, muy resistente a la corrosión, conduce muy bien el calor y la electricidad, es muy dúctil y maleable. Se obtiene de minerales como la cuprita, la calcopirita y la malaquita. Cuando se oxida se recubre de una capa de carbonato llamada cardenillo que la protege de la oxidación posterior. Se ha usado desde la antigüedad para hacer armas, adornos, monedas, etc. Hoy se usa en conductores eléctricos, bobinas, alambiques y conducciones de gas y agua, así como otros usos en construcción. Existen dos métodos de obtención del cobre: por vía húmeda y por vía seca. Proceso de obtención del cobre por vía seca Se utiliza cuando el contenido de cobre supera el 10%. El procedimiento consiste en triturar y moler el mineral, y una vez triturado, introducirlo en una cuba de agua para separarlo de la ganga por flotación. El mineral concentrado se lleva a un horno, donde se oxida parcialmente (el hierro, pero no el cobre) y a continuación, se mete en un horno de reverbero, donde se funde, al cual se le añade fundente para que reaccione con el óxido de hierro y forme escoria. De todo este proceso se consigue cobre al 40%, si se quiere obtener el 99% es necesario un proceso de electrolítico. Este proceso es el más utilizado. Proceso de obtención del cobre por vía húmeda Se emplea cuando el contenido en cobre del mineral es inferior al 10%. El procedimiento consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego, mediante un proceso de electrólisis, se obtiene el cobre. Sus aleaciones principales son: Bronce. Aleación de cobre y estaño, tanto más dura cuanto más estaño contiene. Tienen buena resistencia a la corrosión. Se utiliza en esculturas, campañas, engranajes, etc. Latón. Aleación de cobre y cinc usada para hacer canalizaciones, tornillos, grifos, válvulas 18

19 de gas y agua, bisagras, etc. Cuproníquel. Aleación de cobre y níquel que se utiliza en monedas y contactos eléctricos. Estaño Su símbolo es el Sn, su peso específico 7,28 Kg/dm 3 y su punto de fusión 231 ºC. Se conoce desde la antigüedad pero se consideraba una variante del plomo. El estaño es un metal de aspecto blanco brillante, muy resistente al aire, fácil de fundir y de trabajar. Es poco dúctil, muy maleable en frío y en caliente se torna quebradizo. Se obtiene de la casiterita que es un óxido de estaño, pero su riqueza en estaño es muy baja. Se emplea, aleado con plomo o con plata, para soldadura blanda. También para recubrir el hierro, obteniendo hojalata, y para recubrir el cobre, pues al no ser tóxico puede usarse en instrumentos de alimentación. Aleado con el cobre forma el bronce. Proceso de obtención Es necesario concentrarlo por su baja riqueza. Para ello se tritura y se lava. Después se somete a un proceso de tostación para eliminar los sulfuros. A continuación se reduce en un horno de reverbero, usando antracita. Se moldea en bloques. El proceso de afino se lleva a cabo en una cuba electrolítica, el ánodo está formado por planchas de estaño bruto y el cátodo por láminas de estaño puro. Plomo Su símbolo químico es Pb, su peso específico 11,34 Kg/dm 3 y su punto de fusión 327 ºC. Era conocido en la antigüedad pero se comenzó a utilizar a escala industrial en el S. XIX. El mineral más empleado es la galena. Es de color gris metálico, blando, maleable, pesado y muy frágil. Buen conductor térmico y eléctrico. Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato básico que lo autoprotege. Su elevada densidad lo hace opaco a las radiaciones electromagnéticas por lo que se usa en instalaciones médicas de radiología y centrales nucleares. Resiste bien los ácidos sulfúrico y clorhídrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre. Por su comportamiento con los ácidos se utiliza para fabricar recipientes que hayan de contenerlos. Se usa en la industria del vidrio como aditivo porque le da mayor peso y dureza. La fabricación de acumuladores constituye la principal utilización del plomo. Las aleaciones de plomo y estaño se usan en soldadura blanda. El plomo es un veneno ya que el organismo es incapaz de eliminarlo. La intoxicación de plomo y sus derivados se denomina saturnismo. Proceso de obtención 19

20 METALES LIGEROS. Aluminio Su símbolo químico es Pb, su peso específico 2,7 Kg/dm 3 y su punto de fusión 660 ºC. Es el metal más abundante de la naturaleza. El aluminio es un metal de color plateado claro, baja densidad, es muy resistente a la oxidación, buen conductor del calor y la electricidad y fácil de mecanizar (muy dúctil y maleable). El mineral del que se obtiene el aluminio es la bauxita. Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de óxido de aluminio que resiste la posterior acción corrosiva, Es por esto, por lo que los materiales hechos de aluminio no se oxidan. Por su baja densidad y su conductividad relativamente alta se utiliza como sustituto del cobre en cables de conducción eléctrica de gran longitud. Con el se fabrican productos muy variados, desde latas de refrescos, como fuselajes de aviones, ventanas, maquinaria, utensilios de cocina, envoltorios de alimentos, etc. Se emplea en aleaciones ligeras, tan resistentes como el acero y mucho menos pesadas. Las más conocidas son: Duraluminio (aluminio+ bronce): se usa en bases de sartenes, llantas de coche, bicicletas, etc. Aluminio + magnesio: se emplea mayoritariamente en aeronáutica y en automoción. La obtención del aluminio a partir de la bauxita, precisa de gran cantidad de energía, por lo que es importante su reciclado. Titanio Su símbolo químico es Ti, su peso específico 4,45 Kg/dm 3 y su punto de fusión 1800 ºC. Su mineral más común es el rutilo. Se encuentra abundantemente en la naturaleza ya que es uno de los componentes de todas las rocas de origen volcánico. Es un metal blanco plateado que resiste mejor la oxidación y la corrosión que el acero inoxidable. Es ligero, muy duro y de gran resistencia mecánica. Las propiedades mecánicas son análogas, e incluso superiores, a las del acero, pero tiene la ventaja de que las conserva hasta los 400 C. Dada su baja densidad y sus altas prestaciones mecánicas, se emplea en: estructuras y elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, transbordadores espaciales, satélites de comunicaciones, etc.), herramientas de corte (nitrato de titanio), aletas para turbinas (carburo de titanio) y pinturas antioxidantes (en forma de óxido y pulverizado). 20

21 Se está utilizando en odontología como base de piezas dentales y en la unión de huesos, así como en articulaciones porque la incrustación de titanio en el hueso del cuerpo humano no provoca rechazo alguno y, pasado algún tiempo, se produce una soldadura de manera natural. También se emplea para recubrimiento de edificios. Proceso de obtención El proceso de extracción es muy complejo por lo que encarece extraordinariamente el producto final. El método de obtención del titanio que más se emplea en la actualidad es el método Kroll, que consta de: Cloración: se calienta el mineral al rojo vivo y se le añade carbón obteniendo tetracloruro de titanio. Transformación: El compuesto se introduce en un horno a 800 ºC y se introduce un gas inerte y magnesio. Se forma titanio esponjoso. Obtención: El titanio esponjoso se introduce en un horno eléctrico y se le añade fundente, el resultado es titanio puro METALES ULTRALIGEROS. Magnesio Su símbolo químico es Mg, su peso específico es 1,74 Kg/dm 3 y su punto de fusión 650 ºC. Los minerales de magnesio más importantes son: carnalita (es el más empleado y se halla en forma de cloruro de magnesio, que se obtiene del agua del mar), dolomita y la magnesita. El metal puro no se encuentra en la naturaleza. Tiene un color blanco brillante, parecido al de la plata. Es maleable y poco dúctil. Tiene gran afinidad por el oxígeno y reacciona rápidamente cuando está pulverizado. Debido a esto se emplea en pirotecnia por su combustión casi explosiva. Forma aleaciones ultraligeras (aluminiomagnesio) por su densidad extraordinariamente baja. Se utilizan en la fabricación de bicicletas, automóviles, llantas y motocicletas de competición. Además, el metal se adiciona para eliminar el azufre del acero y el hierro. Procedimiento de obtención Dependiendo del mineral se obtiene por: Electrólisis: se aplica al cloruro de magnesio fundido. Por reducción: consiste en introducir el mineral en un horno eléctrico, al que se le añade fundente para provocar la eliminación de oxígeno. Así se libera el magnesio metálico TRATAMIENTOS DE LOS METALES PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES. Los metales se pueden someter a una serie de tratamientos para potenciar sus propiedades: dureza, resistencia mecánica, plasticidad para facilitar su conformado,... Existen cuatro clases de tratamientos: 21

22 Tratamientos térmicos. El metal es sometido a procesos térmicos en los que no varía su composición química, aunque sí su estructura cristalina. Tratamientos termoquímicos. Los metales se someten a enfriamientos y calentamientos, pero además se modifica la composición química de su superficie exterior. Tratamientos mecánicos. Se mejoran las características de los metales mediante deformación mecánica, con o sin calor. Tratamientos superficiales. Se mejora la superficie de los metales sin variar su composición química másica. En estos tratamientos, a diferencia de los termoquímicos, no es necesario llevar a cabo calentamiento alguno. Los tratamientos no deben alterar de forma notable la composición química del metal pues, en caso contrario, no sería un tratamiento, sino otro tipo de proceso. Tratamientos térmicos Son operaciones de calentamiento y enfriamiento de los metales que tienen por objeto modificar su estructura cristalina (en especial, el tamaño del grano). La composición química permanece inalterable. Existen tres tratamientos fundamentales: - Recocido. El metal se calienta durante cierto tiempo a una temperatura determinada y, a continuación, se enfría lentamente. Se consigue una mayor plasticidad para que pueda ser trabajado con facilidad. La temperatura y la duración de este tratamiento dependerán del grado de plasticidad que se quiera comunicar al metal. - Temple. Consiste en el calentamiento del metal, seguido de un posterior enfriamiento realizado de forma brusca. Con esto se consigue obtener un metal muy duro y resistente mecánicamente. El endurecimiento adquirido por medio del temple se puede comparar al que se consigue por deformación en frío. - Revenido. Se aplica exclusivamente a los metales templados, pudiendo considerarse como un tratamiento complementario del temple. Con ello se pretende mejorar la tenacidad del metal templado, a costa de disminuir un poco su dureza. Tratamientos termoquímicos Los tratamientos termoquímicos consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento de los metales, completadas con la aportación de otros elementos en la superficie de las piezas. Los más relevantes son: - Cementación. Consiste en la adición de carbono a la superficie de un acero que presente un bajo contenido en carbono a una cierta temperatura. Se obtiene así una dureza superficial muy elevada. - Nitruración. Es un proceso de endurecimiento del acero por absorción de nitrógeno a una temperatura determinada. Además, proporciona una buena resistencia a la corrosión. Se utiliza para endurecer piezas de maquinaria (bielas, cigüeñales, etc.); también herramientas, como brocas, etcétera. 22

23 - Cianuración. Es un tratamiento intermedio entre los dos anteriores. Se utiliza no solamente en aceros con bajo contenido en carbono (como en el caso de la cementación), sino también en aquéllos cuyo contenido en carbono sea medio o alto, cuando se pretende que adquieran una buena resistencia. - Carbonitruración. Consigue aumentar la dureza de los aceros mediante la absorción simultánea de carbono y nitrógeno a una temperatura determinada. La diferencia con el tratamiento anterior radica en que la carbonitruración se realiza mediante gases, y la cianuración por medio de baños. Se emplea en piezas de gran espesor. - Sulfinización. Mediante la inmersión del metal en un baño especial se consigue incorporarle una capa de carbono, nitrógeno y, sobre todo, azufre. Con este tratamiento se aumenta considerablemente la resistencia al desgaste de los metales, a la vez que se disminuye su coeficiente de rozamiento. Tratamientos mecánicos Mejoran las características de los metales por deformación mecánica, con o sin calor. Existen los siguientes tratamientos mecánicos: - Tratamientos mecánicos en caliente, también denominados forja. Consisten en calentar un metal a una temperatura determinada para, luego, deformarlo golpeándolo fuertemente. Con esto se afina el tamaño del grano y se eliminan del material sopladuras y cavidades interiores, con lo que se mejora su estructura interna. - Tratamientos mecánicos en frío. Consisten en deformar el metal a la temperatura ambiente, bien golpeándolo, o por trefilado o laminación. Estos tratamientos incrementan la dureza y la resistencia mecánica del metal y, también, acarrean una disminución en su plasticidad. Tratamientos superficiales Los más utilizados son: - Metalización. Se proyecta un metal fundido, pulverizándolo sobre la superficie de otro. Con esto se consigue comunicar a la superficie de un metal las características de otro diferente. - Cromado. Se deposita cromo electrolíticamente sobre el metal; de esta manera, se disminuye su coeficiente de rozamiento y se aumenta su resistencia al desgaste TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN DE METALES. Las técnicas de conformación de metales son: Por deformación: Comprende un conjunto de técnicas con las que se modifica la forma de una pieza metálica mediante la aplicación de fuerzas. - Plegado. Se realiza en frío y consiste en flexionar una chapa para que adquiera un ángulo o una curvatura determinada. - Estampación. Se realiza en frío dando forma a la pieza presionándola entre dos moldes llamados estampas. 23

24 - Embutición. Se realiza con embutidoras que son prensas con las que, mediante un punzón o troquel, se da forma cóncava o hueca a una chapa. - Forja. Se realiza en caliente dando forma a las piezas mediante golpes con mazas y martillos. - Laminación. Consiste en hacer pasar la pieza metálica por unos rodillos llamados laminadores que la aplastan. El proceso se hace en caliente y se obtienen chapas. Los rodillos presionan y arrastran la pieza de metal. Por corte mecánico: El corte por procedimientos mecánicos presenta dos variantes: - Por chorro de agua: usa un finísimo chorro de agua proyectado a una presión muy elevada. Se usa en alimentos congelados y chapas muy finas. - Serrado: se lleva a cabo con sierras de cinta o de disco accionadas por máquinas especiales. El corte por procedimientos térmicos presenta tres variantes: - Oxicorte: se realiza con un soplete en el que se queman un gas combustible y un chorro de oxígeno. - Láser: emplea un haz de luz muy concentrada logrando cortes finísimos y de gran precisión en cualquier material. - Por arco: emplea el calor producido por una corriente eléctrica muy elevada. Por mecanizado: Los procesos con arranque de virutas también se llaman mecanizado; podemos encontrarnos con los siguientes procesos: - Taladrado: es la realización de orificios mediante la taladradora. - Torneado: realiza piezas cilíndricas o cónicas mediante un torno que trabaja de modo similar a la fresadora. - Rectificado: es un acabado y pulido que se realiza en la rectificadora mediante un disco abrasivo llamado muela. - Fresado: mediante una fresadora se desplaza el material horizontalmente mientras la herramienta que lo corta gira. - Lijado: se realiza con una lijadora que arranca partículas muy pequeñas de material logrando alisar así su superficie. Por metalurgia en polvo: Esta técnica se utiliza para fabricar piezas de gran precisión. Se muele el metal hasta conseguir un polvo muy fino el cual se introduce en una prensa-molde de acero y se calienta hasta casi fundir el metal, se presiona y se deja enfriar. 24

25 Por moldeo: En el moldeo se calienta el material hasta fundirlo para verterlo después en un molde que tiene la forma y el tamaño de la pieza que se desea fabricar. Tras la solidificación el metal adquiere la forma del molde. Podemos observar dos métodos: - Moldeo de arena. - Moldeo en coquilla IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES METÁLICOS. La evaluación y valoración del impacto ambiental producido por la extracción, transformación, fabricación y reciclado de materiales metálicos constituye una técnica generalizada en todos los países industrializados y, especialmente en la Unión Europea. Este impacto se produce: Durante la extracción de los minerales. Si esta extracción se realiza a cielo abierto, el impacto todavía puede ser mayor, ya que puede afectar a determinados hábitats. Durante la obtención de los distintos metales. Las emisiones que salen de las fábricas destinadas a la obtención de metales dañan a la atmósfera. La contaminación acústica causada por los aparatos de estas fábricas. Tenemos diversos tipos de impactos. En particular, en el proceso de obtención del hierro se obtienen humos y gases residuales que se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre. Residuos La industria, para fabricar los productos que usamos diariamente, genera gran cantidad de residuos. Muchos de estos residuos pueden ser reciclados, pero otros no. Los residuos industriales se pueden clasificar en inertes y tóxicos: - Residuos inertes. 25

26 Son aquellos que no presentan ningún riesgo para el ambiente ni para las personas, bien porque la propia naturaleza se encarga de degradarlos o porque, una vez depositados en el vertedero, no experimentan transformaciones físicas, químicas o biológicas importantes. - Residuos tóxicos y peligrosos. Son aquellas sustancias inflamables, corrosivas, tóxicas o que pueden producir reacciones químicas (si su concentración es mayor de un valor determinado), originando peligros para la salud o para el medio ambiente. Estos residuos pueden ser: sólidos, líquidos o gaseosos. Durante el proceso de reciclado. El impacto ambiental es mucho menor que en la obtención de minerales, pero también es importante. 26

27 3. LOS PLÁSTICOS. Son unos materiales relativamente modernos, ya que su uso generalizado no comienza hasta mediados del siglo XX, aunque la existencia de estos materiales se conoce desde antes. Los plásticos son unos materiales formados por polímeros, es decir, por moléculas muy largas (macromoléculas) que se forman por la unión de muchas moléculas pequeñas que reciben el nombre de monómeros. Por ejemplo el PVC o policloruro de vinilo es un polímero formado por la unión de muchas moléculas de cloruro de vinilo que serían los monómeros. El proceso industrial que forma los plásticos a partir de los monómeros se llama polimerización. Para formar estas grandes moléculas es preciso añadir determinados compuestos químicos, llamados catalizadores, que provocan que se unan estas moléculas en grandes cadenas hasta formar las macromoléculas. Dependiendo de como se unan estas cadenas, las propiedades del plástico varían. Existen muchos métodos industriales de fabricación de plástico. Durante la fabricación se le pueden añadir a los plásticos diversas sustancias (aditivos y pigmentos) para variar su aspecto o sus propiedades. El material plástico obtenido puede tener forma de bolitas, gránulos o polvos que después se procesan y moldean para convertirlas en láminas, tubos o piezas definitivas del objeto. Según su procedencia los plásticos pueden ser naturales o sintéticos. Los naturales se obtienen de materias primas vegetales (como la celulosa o el látex) o animales (como la caseina). Los sintéticos son los más abundantes, se fabrican a partir de derivados del petróleo, el gas natural o el carbón PROPIEDADES DE LOS PLÁSTICOS. Es difícil generalizar sobre las propiedades de los plásticos debido a la gran variedad de estos que existe. Por ellos, las propiedades y características más significativas de la mayoría de los plásticos son estas: Conductividad eléctrica nula. Los plásticos conducen mal la electricidad, por eso se emplean como aislantes eléctricos; lo vemos, por ejemplo, en el recubrimiento de los cables. Conductividad térmica baja. Los plásticos suelen transmitir el calor muy lentamente, por eso suelen usarse como aislantes térmicos; por ejemplo, en los mangos de las baterías de cocina. Aunque la mayoría no suele resistir temperaturas elevadas. Resistencia mecánica. Para lo ligeros que son, los plásticos resultan muy resistentes. Esto explica por qué se usan junto a las aleaciones metálicas para construir aviones y por qué casi todos los juguetes están hecho de algún tipo de plástico. Combustibilidad. La mayoría de los plásticos arde con facilidad, ya que sus moléculas se componen de carbono e hidrógeno. El color de la llama y el olor del humo que desprenden 27

28 suele ser característico de cada tipo de plástico. Resistencia química. Casi todos los plásticos resisten muy bien el ataque de agentes químicos, como los ácidos, que alteran los materiales, en especial a la mayoría de los metales. Con los plásticos se construyen tuberías, ventanas, encimeras, depósitos para contener ácidos, etc. Baja densidad. La mayoría de los plásticos son materiales poco densos, esto es, pesan poco, y esta es la razón por la que se fabrican muchas piezas de los coches, juguetes, recipientes como tubos, etc. Elasticidad. Algunos plásticos son muy elásticos (se estiran mucho antes de romperse), Esta propiedad hacen que se puedan emplear para fabricar ruedas de coche, suelas para zapatos, trajes de buzo, gomas elásticas, etc. Temperatura de fusión. Los plásticos tienen una temperatura de fusión muy baja lo que hace que su uso sea limitado en la fabricación de objetos que precisen una alta resistencia al calor. Esta propiedad también tiene sus ventajas. Al tener un punto de fusión bajo, hay que emplear poca energía térmica para derretirlo, lo que facilita algunos procesos de fabricación como el doblado, el moldeo, la inyección, etc. Bajo costo de producción. Podríamos destacar lo económicos que son, salvo excepciones, lo sencillo de sus técnicas de fabricación y la facilidad que tienen para combinarse con otros materiales, con lo que es posible crear materiales compuestos con mejores propiedades, como el poliéster reforzado con fibra de vidrio. Fáciles de trabajar y moldear. Suelen ser impermeables. No dejan pasar los líquidos. Propiedades ecológicas. Algunos son biodegradables y fáciles de reciclar, otros no, y si se queman son contaminantes TIPOS DE PLÁSTICOS. APLICACIONES. La forma en la que se unen las distintas cadenas de polímeros hace que el plástico se comporte de una forma o de otra, dando lugar a tres tipos de plásticos: termoplásticos, termoestables y elastómeros TERMOPLÁSTICOS. Son aquellos que se ablandan cuando se calientan, volviendo a endurecerse al enfriarse. Este proceso puede repetirse todas las veces que se quiera. Las cadenas de polímero están unidas débilmente entre si, por lo que al calentar se rompe esta unión, pudiendo separarse unas de otras y por lo tanto el plástico se ablanda. Al enfriarse el plástico conserva la nueva forma que se le haya dado. La temperatura máxima a la que pueden estar expuestos no supera los 150 ºC, salvo el teflón, que se utiliza como recubrimiento en ollas y sartenes. 28

29 Son plásticos de este tipo el PVC (policloruro de vinilo), el polietileno (PE), el poliestireno (PS), el polipropileno (PP), el metacrilato (PMMA), el nailon (PA), el celofán y el teflón TERMOESTABLES. Los plásticos termoestables sufren un proceso denominado curado cuando se les da la forma aplicando presión y calor. Durante este proceso, las cadenas de polímeros se entrecruzan, dando un plástico rígido y más resistente a las temperaturas que los termoplásticos, pero más frágiles al mismo tiempo. Si se vuelve a calentar se descompone y se quema. Las cadenas de polímero están tan fuertemente unidas que al calentar se descompone antes el polímero que la unión entre cadenas. No pueden volver a ablandarse y reciclarse mediante calor. Plásticos de este tipo son el poliuretano (PUR), la baquelita (PH), la melamina, la resina de poliéster (UP) y la resina epoxi. 29

30 ELASTÓMEROS. Las macromoléculas de los plásticos elastómeros forman una red que puede contraerse y estirarse cuando estos materiales son comprimidos o estirados, por lo que este tipo de plásticos son muy elásticos. No soportan bien el calor y se degradan a temperaturas medias, lo que hace que el reciclado por calor no sea posible. De este tipo son el caucho (natural y sintético), el neopreno y la silicona FABRICACIÓN DE OBJETOS DE PLÁSTICOS. Para fabricar un plástico son necesarios los siguientes elementos: a) Materia básica: son los monómeros que formarán parte del polímero. Se comercializan en forma de gránulos que se llaman granza, polvo, líquido (resina), láminas, bloques, etc., para posteriormente ser utilizado para la fabricación de objetos. b) Cargas: son otros materiales que se añaden para abaratarlo o mejorarlo, como fibra de vidrio, papel y fibras textiles. 30

31 c) Aditivos: mejoran las cualidades del polímero, como transparencia, color, etc. d) Catalizadores: utilizables en algunos casos, su misión es acelerar el proceso de polimerización. Una vez que disponemos de los materiales anteriores, se mezclan convenientemente y mediante el aporte de calor pasan a un estado pastoso (plástico) y según el tipo de plástico y objeto que va a construirse, se emplean varias técnicas dependiendo del tipo de plástico y del objeto que se quiera fabricar. Todas las técnicas tienen en común que es necesario calentar el plástico e introducirlo en un molde. La diferencia de cada una de las técnicas de procesado está en la manera de dar forma al polímero. Entre las diversas técnicas de moldeo, podemos destacar: moldeo por compresión, por inyección, por extrusión, por extrusión y soplado, por termoconformación (por vacío) y por calandrado MOLDEO POR COMPRESIÓN. La fabricación por compresión se aplica fundamentalmente con plásticos termoestables, como la baquelita. Se coloca el plástico en un molde de acero y se calienta para que se vuelva pastoso. Con una prensa neumática o hidráulica se aplica presión para que el plástico tome la forma del molde. A continuación se deja enfriar y se extrae del molde. Se usa mucho para fabricar piezas que deban resistir altas temperaturas (mangos o asas de cacerolas o sartenes...) o deban ser buenos aislantes eléctricos (portalámparas, cajas de fusibles...). Es un proceso que se utiliza para la fabricación de grandes series de piezas de forma no muy complicada MOLDEO POR INYECCIÓN. Es uno de los procedimientos más empleados y consiste en inyectar el plástico, normalmente termoplástico, en un molde por medio de una máquina llamada inyectora (similar a la extrusionadora). El material en forma de gránulos se introduce en la tolva, y un tornillo de grandes dimensiones (husillo) lo desplaza a través de un tubo caliente, donde se funde. Posteriormente se introduce a presión en el interior de un molde metálico para que tome la forma deseada. Cuando se enfría, se abre el molde y se extrae la pieza. Se trata una de las técnicas más comunes ya que permite realizar 31

32 formas complicadas con medidas muy precisas. Hay numerosos ejemplos: platos y vasos de camping, carcasas de objetos (teléfonos móviles), cubos, juguetes, engranajes de plástico, etc MOLDEO POR EXTRUSIÓN. Este proceso consiste en fabricar perfiles largos de sección uniforme. Para ello se utiliza una máquina especial, llamada extrusionadora. La extrusión consiste en hacer pasar una masa de plástico fluido a través de un orificio. La forma de este orificio, la boquilla, determina la forma del producto final. El plástico en forma de gránulos, generalmente termoplástico, se introduce en un tubo caliente. Un tornillo de grandes dimensiones desplaza el material fundido hasta un molde que tiene la forma que se quiere obtener. Finalmente, el material se introduce en un túnel, donde se enfría lentamente. Mediante la extrusión se fabrican tubos, mangueras, canalones, aislantes de cables de cobre, perfiles de todo tipo, etc MOLDEO POR EXTRUSIÓN Y SOPLADO. Mediante una extrusionadora se le da una forma tubular al plástico fundido. A continuación se introduce en un molde y se inyecta aire comprimido en su interior hasta que se adapta a la forma de las paredes. Esta técnica se utiliza para fabricar todo tipo de envases y otros objetos huecos como botellas de agua o refrescos, botes de champú o detergente, juguetes (balones), etc MOLDEO POR CONFORMADO AL VACÍO (TERMOCONFORMADO). Se coloca una lámina de plástico (normalmente termoplástico) sobre el molde del objeto que queremos fabricar. Mediante resistencias eléctricas (o fuente de calor infrarroja) se calienta la lámina hasta reblandecerla. A continuación se pone en contacto el molde y la lámina caliente y se extrae el aire que hay entre ellos, para que el plástico se adapte a las paredes del molde. Se utiliza para fabricar objetos con paredes muy finas como vasos y platos desechables, envases para alimentos, máscaras, juguetes, etc MOLDEO POR CALANDRADO. Se utiliza una máquina llamada calandradora. Mediante una tolva se introduce plástico fundido en la parte superior de la calandradora y se hace pasar entre unos rodillos que le dan la 32

33 forma de lámina o placa continua. Finalmente se enfría esta lámina haciéndola pasar por un baño de líquidos o una corriente de aire. Este proceso se usa, sobre todo, para fabricar láminas de PVC, láminas de invernadero, carpetas, etc IDENTIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS. Los plásticos son unos de los materiales que resultan más difíciles de identificar. Debido a esto los fabricantes han llegado a un acuerdo para designarlos. Podrás ver en muchos objetos de plástico un anagrama formado por tres flechas curvadas y en el centro una cifra. Las flechas son un símbolo de reciclado y la cifra identifica el tipo de plástico. En la siguiente figura aparecen los símbolos de los plásticos que se pueden reciclar y una tabla con la equivalencia de algunas cifras con el tipo de plástico. 1 PET Polietileno tereftalato 2 HDPE Polietileno de alta densidad 3 PVC Policloruro de vinilo 4 LDPE Polietileno de baja densidad 5 PP Polipropileno 6 PS Poliestireno 7 Otros Pero los plásticos casi nunca se emplean en forma pura, sino mezclados con aditivos y colorantes que hacen que su identificación sea, a veces, muy difícil. Para identificarlos se le pueden someter a ensayos (de dureza, de densidad, observando la llama, etc.) IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES PLÁSTICOS. Una de las propiedades importantes de los plásticos son las propiedades ecológicas, es decir, el impacto que la fabricación o uso de un material causa en el medio ambiente. Dentro de estas propiedades cabe destacar el problema que supone la eliminación de los plásticos del medio ambiente una vez que ya han sido utilizados. Aunque algunos plásticos pueden ser descompuestos de forma natural (plásticos biodegradables) por las bacterias del suelo o la luz solar, la gran mayoría de estos materiales son especialmente resistentes a ser destruidos por la naturaleza. Para eliminar los plásticos se puede recurrir a tres métodos: Incineración: quemar los plásticos produce gran cantidad de energía que se puede aprovechar, aunque produce gran contaminación de la atmósfera. Reciclado químico: se someten a un tratamiento químico en el que se recuperan los constituyentes originales del plástico para poder fabricar otra vez plástico nuevo. Este procedimiento es costoso (en la mayoría de los casos es más barato fabricar el plástico nuevo a partir del petróleo). Reciclado mecánico: algunos plásticos se pueden triturar y volverlos a utilizar para fabricar objetos nuevos o para producir un aglomerado de plástico. 33

34 4. MATERIALES TEXTILES. Se conocen como materiales textiles o tejidos a los que están formados por fibras entrelazadas que constituyen hilos. Como sabemos, con estos hilos se fabrican multitud de telas que se destinan a usos conocidos como vestimenta, tapicería, cortinas, etc. La industria textil es el sector de la economía dedicado a la producción de ropa, tela, hilo, fibra y productos relacionados. Está dividida en distintos subsectores textiles, los cuales citamos a continuación: Producción de fibras. Las fibras son las materias primas básicas de toda producción textil, dependiendo de su origen, las fibras son generadas por la agricultura, la ganadería, la química o la petroquímica. Hilandería. Es el proceso de convertir las fibras en hilos. Tejeduría. Es el proceso de convertir hilos en telas. Tintorería y acabados. Son los procesos de teñir y mejorar las características de hilos y telas mediante procesos físicos y químicos. Confección. Es la fabricación de ropa y otros productos textiles a partir de telas, hilos y accesorios. Alta costura. El sector dedicado a la confección de artículos de lujo. Aunque produce cantidades menores de artículos, estos son de gran valor y crean las modas que determinan la dirección del mercado CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS TEXTILES. Se denomina fibra textil a los materiales compuestos de filamentos y susceptibles de ser usados para formar hilos o telas, bien sea mediante tejido o mediante otros procesos físicos (trenzado) o químicos. El tejido, una de las primeras actividades artesanales, ya se practicaba en el neolítico, como lo demuestran los fragmentos de fibras de lino hallados en los restos de poblados lacustres de Suiza. En el antiguo Egipto los primeros textiles se tejían con lino; en la India, Perú y Camboya con algodón; en Europa meridional con lana y en China con seda. Atendiendo a su origen, las fibras textiles se pueden clasificar en: Naturales. - De origen vegetal. - De origen animal. - De origen mineral. Artificiales. Sintéticas. Atendiendo a su composición, las fibras textiles se pueden clasificar en: Orgánicas. Inorgánicas FIBRAS NATURALES. 34

35 Se extraen de materias primas vegetales, animales o minerales. En la mayoría de los casos, las fibras se limpian, se desenredan, se estiran, se tiñen y se trenzan para formar hilos de diferentes longitud y grosor que, por último, se entrecruzan para fabricar tejidos. Fibras de origen vegetal Las fibras vegetales provienen principalmente de celulosa, que, a diferencia de las proteínas de las fibras de origen animal, es resistente a los álcalis. Estas fibras son asimismo resistentes a la mayoría de los ácidos orgánicos, pero los ácidos minerales fuertes las destruyen. La utilización incorrecta de la mayoría de los blanqueadores puede debilitar o destruir estas fibras. Algodón Procede del fruto de esta planta de la familia de las Malváceas. Aunque su color natural es el blanco, se puede teñir de una gran variedad de colores. Es elástico y flexible, buen aislante térmico, resistente a los ácidos, ligero y permeable. Absorbe fácilmente el sudor y en general el agua. Tienden a encoger y desteñir. Lino Se obtiene del tallo de la planta del mismo nombre de la familia de las Lináceas. Es elástico y flexible, buen conductor térmico (por lo que sus tejidos son frescos) y resistente al cloro y a las lejías (álcalis). Tiene una alta resistencia mecánica y es muy elástico. Suele arrugarse con facilidad. Esparto Se extrae de la hoja de una planta herbácea (Stipa tenacísima). Es muy duro, tenaz, resistente y carece de suavidad. Se utiliza en la industria del calzado (suelas para calzado), artículos de artesanía, decoración y cordelería (como el cáñamo). Fibras de origen animal El componente principal del pelo, la lana y la piel protectora de los animales es la queratina. Las fibras del pelo y de la lana no son continuas y si están destinadas a la fabricación de productos textiles deben hilarse. También pueden convertirse en fieltro. El componente principal de la seda es la fibroína proteínica. Algunos insectos y arañas producen filamentos continuos de seda en sus abdómenes. Lana Procede, principalmente, del pelo de las ovejas. Su color natural puede ser blanco, negro, gris pardo o amarillo, pero se tiñe con facilidad. Es muy elástica y bastante resistente a la acción de los ácidos. Su resistencia mecánica es relativamente baja y disminuye con la humedad. La lana se obtiene después de esquilar a las ovejas. Seda Se trata de una sustancia líquida, segregad a por determinadas orugas, que se solidifica en contacto con el aire formando hilos finísimos. El 35

36 gusano de seda es el único insecto que produce la seda auténtica utilizada en los productos textiles. Presenta una elevada resistencia y elasticidad y es un buen aislante térmico y eléctrico. Se descompone rápido con el calor y la luz también la descompone. Cuero El cuero se obtiene a partir de la piel o pellejo de determinados animales (cabra, oveja, buey, camello, vaca, reptiles, peces y aves) mediante el proceso de curtido. Dicho proceso conlleva una serie de operaciones, principalmente el salado y el secado, el ablandado en agua, el depilado y descarnado. El cuero se emplea para una amplia gama de productos. La variedad de pieles y de sistemas de procesado producen cueros suaves como telas o duros como suelas de zapato. Fibras de origen mineral Amianto El amianto es un mineral que se halla en todos los lugares del mundo. Este mineral se extrae en minas a cielo abierto y tiene una estructura fibrosa. Se trata de un mineral que convenientemente tratado permite obtener de él fibras resistentes al fuego, por lo que es utilizado para confeccionar prendas ignífugas. Otro uso es combinado con cemento, dando lugar al fibrocemento (Uralita). Se ha descubierto que la fibra de amianto, que se empleaba en el pasado en aislamientos y protecciones ignífugas, es cancerígena, por lo que actualmente está dejando de utilizarse. Metales Algunos metales, como el oro, la plata y el cobre, debido a su ductilidad, se utilizan en forma de hilos para trajes regionales, de luces y relacionados con el culto religioso FIBRAS ARTIFICIALES. Las fibras obtenidas de productos naturales se las denomina fibras artificiales. Las fibras textiles artificiales poseen propiedades semejantes a las de las fibras naturales. Aunque pueden obtenerse a partir de proteínas vegetales presentes en determinadas plantas (cacahuete, maíz o soja), generalmente derivan de la celulosa y de la caseína. La celulosa, un hidrato de carbono complejo, es el componente básico de las paredes de las células vegetales. De color blanco, sin olor ni sabor, sus aplicaciones industriales no se reducen al campo textil; se emplea, asimismo, en la fabricación de papel, plásticos o explosivos. Por su parte, la caseína es una proteína rica en fosfatos, que se encuentra presente en la leche de los mamíferos; por la acción de enzimas se transforma en paracaseína insoluble (queso). Rayón El rayón, la más común de las fibras artificiales, se elabora a partir de la celulosa extraída de la pulpa de algunos árboles como los abetos. Desde su obtención, a finales del siglo XIX, se ha utilizado en numerosos productos textiles. Al principio fue denominado seda artificial por su 36

37 parecido con la seda en su forma filamentosa, pero la composición química del rayón y la seda es totalmente diferente. El rayón puede obtenerse de dos modos: por el proceso viscosa y por el cuproamónico. Los dos tipos de rayón más consumidos son: La seda viscosa, o seda artificial común. La seda al acetato o acetato de celulosa FIBRAS SINTÉTICAS. Las fibras sintéticas se elaboran mediante síntesis químicas, a través de un proceso denominado polimerización. En la actualidad, la mayoría de las fibras sintéticas se fabrican a partir de derivados petroquímicos y están formadas por polímeros muy largos parecidos a los plásticos en su estructura. Las fibras sintéticas se fabrican dando forma de filamentos a los líquidos dentro de un ambiente que hace que se solidifiquen. A continuación se tratan para conseguir ciertas cualidades, como resistencia al calor y a la humedad, facilidad de tinción y elasticidad. Las fibras sintéticas, como el nailon, el poliéster, la lycra (poliuretano), son materiales plásticos. Se caracterizan por su gran duración, resistencia e impermeabilidad. Actualmente, en la fabricación de fibras textiles se emplea una mezcla de fibras naturales y sintéticas. Poliamidas Las poliamidas resultan de la combinación de ácidos con dos grupos funcionales y aminas, también con dos grupos. La fibra más conocida es el nylon, descubierta en Fue la primera fibra completamente sintética, producida en el laboratorio a partir de cuatro elementos (nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y carbono). Es una fibra elástica, que se utiliza en todo tipo de fabricaciones textiles y también para filtros y usos deportivos (hilos de pescar, encordados de raquetas). Ventajas: tienen una gran resistencia, brillo y elasticidad, no siendo atacada por insectos, putrefacción o abrasión. Inconvenientes: son fibras termoplásticas (se deforman con el calor) y absorben muy poco la humedad, produciendo alergias a pieles sensibles. Poliéster Los poliésteres son polímeros derivados de ácidos, también con dos grupos funcionales y alcoholes, igualmente con dos grupos alcohólicos. La fibra más conocida es el tergal. Se suelen mezclar mucho con la lana. Acrílicas Se obtienen por polimerización del acrilonitrilo. Sus propiedades son parecidas a las del poliéster. Son muy resistentes a la luz y a la intemperie. Se emplean mayoritariamente en géneros de punto. La fibra más conocida es el leacril. Poliuretano 37

38 Se obtiene del uretano. Estas fibras tienen una enorme elasticidad por lo que se usan en la confección de prendas de corsetería, bañadores y prendas deportivas. La fibra más conocida es la lycra. Fibra de vidrio Las fibras largas se obtienen haciendo pasar vidrio fundido a presión por una hilera y a continuación ser aglutinados por adhesivos derivados de las siliconas, formado un fieltro. Este tipo de fibra posee una gran resistencia a temperaturas elevadas y es un buen aislante térmico. Se comercializa en forma de mantas o paneles de diferentes espesores. Se emplea en la fabricación de tejidos incombustibles como telones de teatro, cortinas ignífugas Su mayor aplicación es mediante su mezcla con resinas de poliéster como piscinas, depósitos, carrocerías, etc FABRICACIÓN DE HILADOS. Fabricación de hilados de lana La lana sucia que se obtiene después de esquilar tiene una espesa capa grasienta: mugre, segregadas por las glándulas sebáceas del animal, además contiene semillas, excrementos y restos de vegetales. El lavado de la lana se hace con soluciones tibias de jabón blando, soda Solvay y detergente. Luego se la deseca. La fabricación de hilados de lana es complicada comprendiendo: - El cardado: son cilindros dentados rotatorios que abren los vellones orientando las fibras. - El peinado: alinea las fibras según su eje longitudinal. - Las hebras de la lana peinada son unidas, retorcidas y estiradas hasta lograr un hilo fino y resistente. Fabricación de hilados de lino, cáñamo y yute Del tallo de varios vegetales se extraen fibras textiles, en cuya composición química predomina la celulosa. Unas de estas plantas son cáñamo, yute y lino. Los hilados de lino son resistentes, aunque poco elásticos. Se tiñen con dificultad. Por su tacto suave y fresco se emplean en vestimenta, sabanas y manteles. Cáñamo y yute son fibras de uso industrial, para fabricar sogas, cordeles delgados, bolsas de arpillera y plantillas de alpargatas. Las fibras de cáñamo y yute son bastante gruesas, rígidas y ásperas. Su color es amarillento. La elaboración de estos hilados se cumple en etapas sucesivas: - Fermentación, dentro de agua tibia, para destruir las sustancias gomosas que agrupan las fibras. Como esta operación se efectuaba a orillas del río se la denomina el enriado. - Lavado y subsiguiente secado de las fibras aisladas. - Agramado, que es un peinado para eliminar las fibras rotas y enroscadas. Con ellas se hace la estopa. Fabricación de seda La seda bruta es rígida, áspera y de color amarillento. Se la puede tratar de dos formas: 38

39 - Se la puede lavar con jabón, así eliminando casi totalmente la ceresina. Se obtiene la seda cruda o semicocida, que es blanca y brillante pero poco flexible. - Si se la trata con soluciones calientes de soda Solvay, la ceresina y los filamentos de fibroina se separan completamente. Se obtiene la seda desgomada o cocida, que tiene blancura, suavidad al tacto y elasticidad, gracias a su menor diámetro. Fabricación de hilados de algodón En la desmontadora, cilindros dentados rotativos separan las semillas de las fibras, que son arrastradas por corrientes de aire. Las semillas quedan recubiertas de fibras cortas llamadas Linter. Una vez desprendidas sirven de materia prima para elaborar derivados de la celulosa: pinturas de Duco, celuloide y sedas artificiales. La fabricación de hilados de algodón comprende: - Cardado - Peinado - Retorcido - Estirado En el gaseado el hilado circula a gran velocidad cerca de una llama que quema las pelusillas superficiales. El algodón común, ligeramente amarillo y graso al tacto, si se lava con soluciones concentradas de hidróxido de sodio se obtiene el algodón mercerizado, suave, lustroso y de alta resistencia a la tracción. Además se tiñe fácilmente y retiene mejor la coloración. Con algodón mercerizado se hacen los "hilos de coser". Fabricación de hilados de fibras artificiales o sintéticas Rayón (fibra artificial) El proceso de obtención del rayón consiste, en primer lugar, en disolver la celulosa, empleando para ello distintos disolventes que darán lugar a los diferentes tipos de rayones. A continuación, se realiza un proceso de extrusión llamado hilado, que consiste en hacer pasar la masa pastosa obtenida a través de una hilera con orificios de boquillas finas, y de esta forma transformarla en finos filamentos. Una vez secos, los filamentos se retuercen, quedando listos para el proceso de hilado. Fibras sintéticas La mayoría de las fibras sintéticas son termoplásticas, algunas suficientemente estables por encima de su punto de fusión, para permitir hilarlas directamente a partir del polímero fundido. El proceso de fabricación consiste en hacer pasar una masa fluida, por gravedad o presión, a través de unas hileras que forman las fibras del espesor adecuado. Estas fibras, al contacto con el aire u otros productos, se secan y constituyen los hilos para ser tratados posteriormente. Dentro de las fibras sintéticas, las acrílicas son las más resistentes, el nylon y el propileno polimerizado las menos resistentes. 39