Materiales de uso técnico

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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, plásticos, vidrio, etc... los cuales son elegidos según sus propiedades. A.- Tipos de materiales Los materiales tecnológicos pueden ser: 1.- Las materias primas o materiales naturales: son sustancias que se extraen directamente de la naturaleza, los cuales aprovecha el ser humano. Las materias primas se pueden clasificar según su origen en: a) Materias primas de origen animal Se obtienen diversas partes del animal como la lana, la seda, las pieles. b) Materias primas de origen vegetal Se obtienen de árboles y plantas como la madera, el corcho, el algodón, lino,... c) Materias primas de de origen mineral Se extraen de la corteza terrestre como los minerales metálicos, la arcilla, el petróleo, el mármol, Los materiales elaborados o materiales artificiales: son sustancias que se obtienen a partir de las materias primas para luego construir objetos. Los materiales elaborados no se extraen directamente de la naturaleza, se obtienen transformando materias primas. 3.- Los productos elaborados o productos tecnológicos: son los objetos creados por el ser humano para resolver nuestras necesidades y mejorar nuestra calidad de vida, como por ejemplo, una silla, un coche, un teléfono, lápiz etc. En resumen, de la naturaleza se extraen las materias primas; éstas se transforman en materiales elaborados y por último, con los materiales elaborados y las materias primas se construyen productos tecnológicos. B.- Propiedades de la materia. Los materiales son muy diferentes unos de otros. Cada uno tiene sus características o propiedades. Las propiedades de los materiales podemos dividirlas en tres grandes grupos: propiedades físicas, propiedades químicas y propiedades ecológicas; dentro de las primeras se encuentran las propiedades térmicas, ópticas, eléctricas y mecánicas, en cuanto a las segundas podemos destacar las de oxidación y con respecto a las últimas, podemos dividir a los materiales en reciclables, tóxicos, biodegradables y renovables. Vamos a explicar detalladamente algunas de estas propiedades. 1

2 1.- Propiedad de conducción de la electricidad Algunos materiales como el hierro, el cobre, el aluminio o el acero conducen bien la electricidad, son buenos conductores de la electricidad. Otros materiales como el plástico o la madera no conducen bien la electricidad, se dice que son materiales aislantes. 2.- Propiedades Ópticas Estas propiedades se aprecian cuando la luz incide sobre los materiales. Así hay materiales de tres clases: Materiales opacos: cuando no dejan pasar la luz y no se puede ver lo que hay detrás de ellos. Esto ocurre con la madera de la que está hecha esta puerta. Materiales transparentes: aquellos que pueden ser atravesados por los rayos de luz y nos permiten ver lo que hay detrás de ellos. Esto ocurre con esta puerta de cristal. Materiales translúcidos: que son los que permiten el paso de la luz pero no dejan ver lo que hay detrás de ellos. Es el caso de la tela fina, el papel cebolla o el cristal de algunas 3.- Propiedades mecánicas de los materiales Son aquellas que se refieren al comportamiento de los materiales cuando intentamos romperlo, rayarlo, deformarlo... Las propiedades mecánicas son, entre otras: Elasticidad: es la propiedad que tiene algunos materiales que recuperan su forma después de ser estirados, retorcidos... La goma es un material elástico. Plasticidad: es la propiedad contraria a la anterior, es decir, el material no recupera la forma después de haber sido deformado por una fuerza. Un ejemplo sería la plastilina. Resistencia mecánica: es la propiedad que tienen algunos materiales de no romperse cuando están sometido a diversas cargas y esfuerzos. Dureza: Los materiales difíciles de rayar, cortar o perforar son materiales duros. El diamante es el material más duro que hay. El vidrio también tiene esta propiedad. Tenacidad: es la propiedad que tiene algunos materiales por la que son difíciles de romper aun siendo fuertemente golpeados. Esta propiedad la tienen los metales. Así, por ejemplo, una campana no se rompe aunque se golpee continuamente. Fragilidad: por el contrario, otros materiales se rompen muy fácilmente cuando son golpeados bruscamente. Un ejemplo de ello es el cristal. Maleabilidad: capacidad de algunos materiales (metales sobretodo) de poder estirarse en finas láminas. Ejemplo: Aluminio. Ductilidad: capacidad de algunos materiales (metales sobretodo) de poder estirarse en finas láminas. Ejemplo: Cobre. 2

3 C.- Clasificación de materiales en tecnología. Los materiales se pueden clasifican en seis grandes grupos: 1.- Madera y sus derivados. 2.- Metales. 3.- Materiales pétreos. 4.- Materiales cerámicos. 5.- Materiales plásticos. 6.- Materiales textiles. En este curso vamos a ver detalladamente dos grupos de materiales: la madera y los metales, por ser los más usados desde la antigüedad. D.- La Madera La madera es un material fibroso que se obtiene del tronco de los árboles y arbustos. Sus aplicaciones son: Fabricación de todo tipo de muebles: sillas, mesas, armarios Como combustible calorífico Para obtener papel y cartón. Elemento para la construcción de viviendas. La composición química de la madera es: 50 % de celulosa. 30 % de lignina. 20 % de sustancias varias: aceites, resinas, colorantes 1.- Las diferentes partes del tronco de un árbol Al realizar un corte transversal del tronco de un árbol podemos apreciar diferentes partes: Médula: Es la parte central del árbol y está formada por células muertas Albura: Es una madera joven y blanda que está en periodo de elaboración. Se encuentra inmediatamente después de la corteza del árbol Duramen: Es la zona más dura del tronco del árbol y constituye la madera propiamente dicha. Corteza: Es la parte exterior que envuelve al tronco de madera y su función es proteger a las capas interiores de los agentes atmosféricos ( humedad, lluvia, sol) y de los insectos. 3

4 2.- Propiedades de la madera Densidad: la densidad es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo. Las maderas suelen ser menos densas que el agua y por eso flotan. Color: el color de una madera es un indicativo de la dureza de la misma. Las maderas que son de color oscuro suelen ser maderas duras, en cambio las maderas de colores claros suelen ser blandas. Dureza: la dureza es la oposición que presenta un material a ser rayado o penetrado por otro más duro que él. Las maderas se pueden clasificar según su dureza en: Duras: Son las procedentes de árboles de crecimiento lento por lo que son más caras, y debido a su resistencia, suelen emplearse en la realización de muebles de calidad. Son más densas y soportan mejor las inclemencias del tiempo, tardan décadas, e incluso siglos, en alcanzar el grado de madurez suficiente para ser cortadas. Entre ellas destacamos la encina y el olivo. Blandas: Son las que proceden básicamente de coníferas o de árboles de crecimiento rápido. Son las más abundantes y baratas, su manipulación es mucho más sencilla. Dentro de estas maderas se encuentran el álamo, abedul. Resistencia a la tracción: La tracción es una fuerza que tira; por ejemplo, la fuerza que actúa sobre un cable que sostiene un peso. Cuando un material está sometido a tensión suele estirarse, y recupera su longitud original. Bajo tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su situación original, y cuando la fuerza es aún mayor, se produce la ruptura del material. La madera resiste muy bien esfuerzos de tracción cuando dicha tracción se realiza paralela a las fibras de la madera. En cambio, cuando la tracción se realiza perpendicularmente a las fibras de la madera el esfuerzo que resiste es menor. Resistencia a la compresión: es una fuerza que prensa, esto tiende a causar una reducción de volumen. Si el material es rígido la deformación será mínima, siempre que la fuerza no supere sus límites; si esto pasa el material se doblaría y sobre él se produciría un esfuerzo de flexión. Las maderas suelen soportar bien los esfuerzos de comprensión, siempre que sea en la dirección paralela a las fibras. Flexión: es una fuerza en la que actúan simultáneamente fuerzas de tracción y compresión; por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime. Si estas fuerzas no superan los límites de flexibilidad y compresión del material, este solo se deforma, si las supera se produce la ruptura del material. Hay maderas que son muy flexibles: pino, abeto, olmo, bambú. En cambio otras apenas lo son: encina y arce. 3.- Derivados de la madera Dado el elevado coste de la madera original, y los problemas que puede presentar ante los cambios de humedad y temperatura, la industria ha desarrollado sucedáneos que 4

5 hoy en día son los más utilizados en la fabricación de puertas y muebles. A su inmejorable precio, añaden unos acabados de buen nivel estético. Útiles, baratos, resistentes y funcionales, los productos que se obtienen a partir de virutas, serrines, cortezas y ramas suelen tener forma de paneles en su presentación comercial, y cada día ganan mayor protagonismo en la fabricación de revestimientos y elementos decorativos. Los derivados más comunes son: El contrachapado El tablero contrachapado es un material excelente, que ofrece ligereza y resistencia, además de su buena resistencia ante las variaciones de humedad. Se compone de varias capas de madera, siempre en número impar, encoladas perpendiculares las unas a las otras, para contrarrestar los movimientos característicos ante las condiciones ambientales. Hay contrachapados de muchos grosores, según el número de capas que se monten. Las maderas más utilizadas son pino, haya y álamo. El tablero normal tiene cinco capas y se destina a los interiores, aunque también los hay especiales para exteriores. Los contrachapados admiten bien tanto el encolado como las fijaciones, y son por ello muy aptos para fabricar muebles. Los paneles revestidos de maderas más nobles, como el roble, se emplean para decorar salones y dormitorios, y otros revestidos con PVC prestan buenos servicios en baños y cocinas, por su impermeabilidad. El aglomerado Este material, ampliamente usado en la carpintería moderna, se fabrica con restos de madera tales como virutas, serrines y ramas, que una vez triturados y mezclados se encolan en paneles rígidos de diferente grosor. El aglomerado es un invento que aprovecha al máximo los residuos que antaño se desechaban en los talleres de carpintería. Muy barato y fácil de trabajar, tiene una textura irregular y porosa muy reconocible. Es un material básico para parqués y tarimas flotantes, así como todo tipo de tableros, que se utilizan en carpintería, para elaborar la estructura de los muebles o piezas modulares no demasiado complejas. Tableros de fibra Los paneles de fibra son tableros elaborados con fibras de madera, que se encolan y se prensan en procesos más depurados y exigentes que los del aglomerado. Existen dos variedades: los paneles HDF (alta densidad de fibra, o de fibras duras) y MDF (densidad media de fibra). 5

6 Ambos tienen notable solidez, y una gran cualidad que los hace muy estimados, pueden pintarse y hasta lacarse ofreciendo acabados tan buenos como la propia madera. Se recurre a los paneles más duros para confeccionar revestimientos, mientras que los tableros de fibra de densidad media son más versátiles y se trabajan fácilmente en carpintería como si fueran cartón. Estos últimos son muy sensibles a la humedad, por lo que en montajes de exterior conviene darles una capa que les permita soportar las inclemencias del tiempo. E.- LOS METALES 1.- Propiedades de los metales Buenos conductores del calor. Buenos conductores de la electricidad. En general, buena resistencia mecánica, sobretodo responden bien a la tracción, compresión, flexión y son especialmente tenaces. Además tiene otras propiedades comunes importantes: ductilidad, maleabilidad, sólidos a temperatura ambiente, generalmente pesados, relativamente económicos, temperaturas de fusión altas y en muchos casos magnéticos. 2.- Clasificación de los metales Existen dos grandes grupos de metales en función de su composición: Metales férricos: lo forman el hierro y sus aleaciones (mezcla homogénea de al menos un metal con otros metales o no metales). Metales no férricos: lo constituyen metales puros y aleaciones sin hierro en su composición. 3.- Metales Férricos Como hemos apuntado con anterioridad están formados por el hierro y sus aleaciones. El hierro puro tiene muy pocas aplicaciones técnicas debido a sus malas propiedades mecánicas, por eso se usan las aleaciones. El Carbono es un elemento que mejora notablemente las propiedades del hierro cuando se mezcla con éste en pequeñas proporciones. En función de la cantidad de Carbono que añadamos tenemos: Hierro Dulce: Su porcentaje de carbono es menor del 0,1% (suele estar entre 0.01 y 0.03%). Se considera como hierro puro. Se usa para aplicaciones eléctricas y electrónicas debido a sus buenas propiedades conductoras. Es blando ya que su proporción de carbono es muy pequeña (El carbono aporta dureza al hierro). 6

7 Aceros: Su porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,03 y el 1,76%. Son dúctiles, maleables y tenaces. Se pueden forjar y su dureza aumenta al añadirle carbono. Se usan en la fabricación de automóviles, chapas, alambres y herramientas de corte. Los aceros con menos porcentaje en carbono son llamados suaves. Cuando se les añade cromo se les llama inoxidables. Fundiciones: Su porcentaje de carbono está comprendido entre el 1,76 y el 6,67%. Son menos dúctiles y tenaces que los aceros debido a su alto porcentaje en carbono, pero esto último también hace que disminuya su temperatura de fusión. Se utilizan para fabricar bloques de motores. Al añadir magnesio se obtienen fundiciones maleables. 4.- Metales no Férricos Los puros más importantes son: Cobre. Es de color rojo, excelente conductor térmico y eléctrico y muy dúctil y maleable. Debido a estas buenas propiedades eléctricas y térmicas es usado en la fabricación de conductores eléctricos y calderas, respectivamente. Estaño. De color blanco azulado. Se emplea fundamentalmente en soldaduras debido a su bajo punto de fusión. Junto a otros componentes forma la hojalata. Cinc. De color blanco. Se usa en canalones y tubos. Forma parte de las pinturas metalizadas. Aluminio. De color blanco brillante, ligero y no tóxico. Debido a esta última propiedad es ampliamente usado en envases de alimentos y bebidas. Como curiosidad cabe destacar que a pesar de ser blando al forjarlo duplica su resistencia mecánica. Destacado también por su maleabilidad. Titanio. Muy caro pero con excelentes propiedades mecánicas y biocompatible. Esto último hace que se use para implantes médicos. También se usa en aeronaves. Normalmente se le añade aluminio para abaratar su uso. 7