Materiales & Procesos

BITÁCORA

MATERIALES & PROCESOS - María José Martínez.

- Diseño Undustrial.

22 - FEBRERO - 2021

Historia de los materiales

Edad de piedra PALEOLÍTICO: La piedra, la madera, los huesos, el cuero y las pieles para la construcción de viviendas, diseño de vestuario, instrumentos y armas para la supervivencia.

Madera

Piedra

Cuero

El hombre utilizo los materiales de la naturaleza para la elaboración de elementos Armas

Armas

22 - FEBRERO - 2021

Edad de piedra NEOLÍTICO: El fuego fue el punto de partida para el alcance en el área de los materiales.

Fuego

El hombre no solo utilizaba lo que encontraba en la naturaleza también comenzó a transformarlo no solo por supervivencia sino también por estabilizarse y convertirse en un individuo sedentario.

Armas

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Edad de cobre Comienza en el momento en el que se descubre en la naturaleza sin alear, en forma de minerales combinados con el oxigeno

Cobre en forma mineral

Hace años el hombre descubrió que el hombre tenía la propiedad de deformarse fácilmente al calentarse y al golpearlo con una amada permitía que se utilizara para elaborar herramientas de corte, junco, entre otros

Cuenco Cobre fundido

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Edad de cobre ORIGEN: Magma con gran temperatura y presión en la corteza COBRE HOY: Este material está presente en automóviles, trenes, aviones, barcos e incluso en vehículos espaciales. Es utilizado en los motores, en los sistemas electrónicos y en los sistemas eléctricos.

Las ollas de cobre permiten que el calor de la llama se distribuya de manera uniforme, sin tener puntos más calientes que otros.

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Edad del hierro La edad del hierro es el periodo en el que se populariza como el material para la fabricación de armas y herramientas.

Hierro en forma mineral

El hierro suplanto al bronce debido a su gran abundancia en la corteza terrestre ya que al calentarlo se convierte en una masa esponjosa.

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Edad del hierro Se uso ampliamente hasta la Revolución Industrial

La herrería nace cuando este se convierte en el metal de construcción más importante, el cual era transformado por medio de calor e impacto.

22 - FEBRERO - 2021

Edad del bronce El broce es una aleación del cobre y el estaño, era más fácil de trabajar que el cobre puro y era muy resistente mecánicamente.

La edad del broce fue el periodo de la prehistoria de la humanidad en el que comenzaron a utilizarse herramientas de este.

22 - FEBRERO - 2021

El acero Nace de la aleación del hierro y el carbono. El acero es más fuerte y flexible que el hierro.

Aparte de ser una aleación del hierro y el carbono (elemento principal), también puede ser una aleación de hierro con zinc, silicio o aluminio.

Silicio Zinc

Aluminio

1 - MARZO - 2021

Materiales

Es un elemento o compuesto químico elaborado sistemáticamente y diseñado con características específicas para cumplir cualquier función identificada por el ser humano.

Las características específicas pueden ser: Físicas, químicas, ópticas, acústicas y mecánicas.

Microestructura VS Propiedades

Las propiedades de los materiales, depende de su composición y su microestructura, por lo cual es importante de manera general conocer dicha microestructura que los conforma a los materiales y que toda es composición química y física es lo que da las características al producto.

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Todos los materiales están integrados por los átomos, los cuales se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material y del estado en el que se encuentre. No todas las propiedades de los materiales son sensibles a esta microestructura.

Los átomos La estructura electrónica de átomo ayuda a determinar la naturaleza del enlace atómico. por lo tanto, las propiedades físicas y mecánicas de los materiales.

Los enlaces Se determinan por la forma en la que los electrones de valencia asociados en los átomos interactúan Los tipos de enlaces incluyen: Metálicos, covalentes e iónicos.

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Los enlaces meálicos Se forman como resultado de que ciertos átomos de elementos con electronegatividad baja donan sus electrones de valencia y conducen a la formación de electrones.

Son relativamente fuertes, los metales puros tienen este tipo de enlaces, son buenos conductores de calor y electricidad.

Los enlaces covalente Se forman cuando se comparten electrones entre dos átomos. Se encuentran en varios materiales poliméricos y cerámicos.

Son enlaces fuertes y exiben altos niveles de resistencia, dureza y ductibilifad, la mayoria de los materiales enlazados de manera covalente tienden a ser aislantes electricos reativamente buenos.

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Los enlaces iónicos Se encuentran en varios cerámicos, se producen cuando un electrón es donado por un átomo electronegativo o electropositivo Estos materiales tienden a ser mecánicamente resistentes y duros pero también quebradizos, los puntos de fusión de los materiales enlazados de manera iónica son relativamente altos y son aislantes eléctricos.

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas son el comportamiento de los materiales ante la acción de fueras externas continuas, discontinuas, estática, dinámica o cíclicas que se ejerce sobre ella.

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El esfuerzo

Existen diferentes tipos de esfuerzos, los cuales se encuentran cuando se estudian las propiedades mecánicas de los materiales.

El esfuerzo es la fuerza que actúa por unidad de área sobre la que se aplica la fuerza.

El concepto de esfuerzo de mecánica es cuando una fuerza deforma y/o rompe un objeto cuando tiene que soportar una carga.

Tipos de esfuerzos

Existen 5 tipos de esfuerzos:

1. Esfuerzo de comprensión.

Sucede cuando un objeto se comprime a causa de dos o más fuerzas.

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2.Esfuerzo de tensión.

Ocurre cuando una fuerza alarga un objeto.

3. Esfuerzo de torsión.

Pasa cuando hay una fuerza circular que tiende a retorcer el material y objeto.

4.Esfuerzo de flexión.

Aparece cuna una fuerza perpendicular sobre un objeto o eje de longitud hace que se flexione.

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5.Esfuerzo de cizalla.

Sucede cuando dos fueras paralelas presionan algo y no se cruzan, son perpendiculares

1. Esfuerzo de comprensión.

2.Esfuerzo de tensión.

4.Esfuerzo de flexión.

3. Esfuerzo de torsión.

5.Esfuerzo de cizalla.

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas se relacionan con el comportamiento de los materiales ante la acción de fuerzas externas.

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Elasticidad Es la capacidad de los materiales para recuperar su forma inicial tras haber sido deformado, es decir, estirado o doblado Resortes

Extracción de la Hevea Brasiliensis

La deformación elástica se produce cuando los átomos del material se desplazan de sus posiciones originales durante la deformación.

Cuando un material es sometido a una fuerza, carga , tensión o esfuerzo, este se deforma pero si al cesar dicha fuerza el material vuelve a sus dimensiones originales es porque ha experimentado una deformación plástica.

Caucho Butilico

Alambre

El cambio de sus dimensiones es temporal, su deformación es reversible.

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Plasticidad Si el material se deforma hasta el extremo de no poder recuperar sus dimensiones originales, es porque ha experimentado una deformación plástica, los cambios son irreversibles.

Arcilla

Todos los materiales pueden sufrir una pequeña deformación plástica, pero hay un punto del cual ya no hay retorno a sus dimensiones iniciales.

Los metales también poseen esta propiedad, ya que, en su primera fase son elásticos, pero si la fuerza supera cierto valor, la deformación es permanente.

Slime

Plastilina

Porcelanicron

Ejemplo: La plastilina ya que adopta la forma que se le da por la presión dada por los dedos.

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Dureza Es la resistencia que presenta un material al ser rayado o al dejarse crear marcas en la superficie.

Diamante

Acero

Cuando un material es capaz de rallar a otro, se dice que el primero es más duro que el segundo.

Claramente un material no puede ser rayado por uno más blando que él.

Yeso

Cuarzo

La elección del método para determinar la dureza depende de factores como: Tipo de dimensiones de la muestra y espesor

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Tenacidad Es la propiedad que tienen algunos materiales de soportar, sin deformarse ni romperse, los esfuerzos bruscos que se le apliquen.

Cobre

Algunos materiales tenaces son: La mayoría de los metales como el acero, cobre, hierro, materiales poliméricos como la madera, Madera algunos plásticos.

La tenacidad es diversa a la fragilidad. El acero es un material tenaz ya que se necesita de un fuerte impacto para ocasionar su ruptura, el extremo opuesto es el vidrio cuta fragilidad es muy conocida.

Granito

Vidrio

Los materiales tenaces de deforman antes de romperse, especialmente al ser sometidos a fuerzas de tracción.

8 - MARZO - 2021

Ductilidad Es la capacidad de los materiales para estirarse o flexionarse permanentemente sin romperse.

Erbio

Oro

La ductilidad puede referirse a cualquier tipo de material, no solamente los metálicos que se deforman sin quebrarse, como ciertas fibras, plásticos y elásticos.

Es necesario aplicar una gran fuerza para romper un material dúctil: Sus átomos pueden deslizarse unos sobre otros, estirando el material sin romperse.

Cobre

Plata

Ejemplo: El cobre es un material dúctil, ya que puede ser extendido en finos hilos para la obtención de cables eléctricos.

8 - MARZO - 2021

Maleabilidad Es la facilidad que tienen algunos materiales para extenderse formando planchas o laminas.

Latón

Aluminio

Es similar a la ductilidad, la diferencia es que en la ductilidad se forman hilos pequeños, como con el cobre, mientras que en la maleabilidad se forman planchas o laminas.

El término de maleabilidad es una propiedad del material que permite su descomposición o deformación y extenderse en finas láminas, sin que el material se rompa.

Oro

Niquel

Ejemplo: El oro se puede transformar en laminas al igual que el aluminio.

12 - MARZO - 2021

Propiedades térmicas

En los materiales Las temperaturas en los materiales a nivel atómico se traducen en vibraciones atómicas. En el 0 absoluto los átomos del material tienen una mínima energía, pero al calentarlas comienzan a vibrar.

Los átomos generan energía térmica y vibran a una amplitud y frecuencia particular que hacen que ocurran diferentes fenómenos.

12 - MARZO - 2021

Calor y temperatura

El calor es la energía intercambiada entre un cuerpo y su entorno, la temperatura es una magnitud relacionada con la energía interna del cuerpo.

Los cuerpos no almacenan calor, sino energía interna y el calor es la transferencia de dicha energía de un cuerpo a otro.

12 - MARZO - 2021

Capacidad calorífica Es la energía necesaria para variar un grado la temperatura del material. también indica la capacidad de un material de absorber el calor de su entorno.

C= Q / T

Su fórmula se representa con la C, que significa la razón o el cociente entre la cantidad de calor: Q, suministrado y el correspondiente aumento de temperatura: T del cuerpo.

Los aislantes térmicos tiene una capacidad calorífica muy alta, ya que es necesario mucho calor para C o r c h o aumentar su temperatura.

Cañamo

Arlita

Entre mayor sea la cantidad de calor, mayor sera la capadicdad calorífica.

12 - MARZO - 2021

Calor específico Se define como la energía necesaria para incrementar 1°C la temperatura de un gramo de un material.

Su utilidad se basa en saber la cantidad de calor o energía que se debe transferir a una sustancia para que esta tenga un cambio de temperatura y permita estudiar y realizar componentes del material de forma controlada.

Es la razón o el cociente entre la capacidad calorífica del cuerpo C=Q/ T y la masa: m, del cuerpo y Formula se denota con: Ce Calor Específico

Cal/g°C

(Ce)

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Calor específico Es necesario una cantidad de calor de una caloría para elevar 1°C un gramo de agua.

Calor Específico del agua

cH2O=(1 Cal)/(g °C) Es necesario una cantidad de calor de 0.11 caloría para elevar en un 1°C un gramo de agua.

cH2O=(0.11 Cal)/(g °C) Al colocar 1 Kg de hierro u de agua en una estufa, se puede notar que el hierro necesita menos cantidad de calor para aumentar la su temperatura, es decir que se calienta más rápido el hierro que el agua.

Calor Específico del hierro

Hierro

Agua

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Conductividad térmica Es la propiedad que tienen los materiales de transmitir el calor

Un material que transmite bien el calor tendrá un valor de la conductividad térmica elevado, mientras que un material que transmita mal el calor lo tendrá un valor bajo.

Cobre

Los metales son buenos conductores de calor, el cobre y el aluminio son utilizados en la fabricación de A l u m i n i o intercambiadores de calor gracias a su elevada conductividad térmica, su extremo opuesto son los Plastico materiales como la madera, corcho, Corcho entre otros.

12 - MARZO - 2021

Expansión térmica Es la tendencia de la materia a los cambios en volumen en respuesta a un cambio en la temperatura.

Cuando una sustancia se calienta sus partículas se mueven más y por lo tanto mantienen una mayor separación media, lo cual hace que se expanda un poco el material, su proceso contrarió es la contracción termina, lo que significa que al aumentar la temperatura el material no se expanda si no se contraiga.

Casi todas las dimensiones de los materiales se modifican una vez se varia la temperatura

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Coeficiente de dilatación El coeficiente de dilatación es el cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido dentro de un recipiente cambia de temperatura provocando una dilatación térmica.

Es especigico de cada material que represente el arcamiento que experimenta la unidad de longitud de un solido cuando su temperatura se elava

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Propiedades acústicas

Materiales acusicos o aislantes Son aquellos que absorben, transmiten o reflejan e sonido cuando las ondas sonoras impactan contra ellos.

El aislar supone impedir que un sonido penetre en un medio, o que salga de él, por ello la función de los materiales aislantes puede ser reflejar la mayor de la energía que reciben en el exterior o absorberla.

19 - MARZO - 2021

Absorción acústica VS Aislamiento acústico ABSORCIÓN: Una onda acústica incide sobre la superficie de determinado material. En este caso, existe una parte de su energía que se refleja y otra parte de energía (más pequeña) que es absorbida por este material El volumen de absorción acústica de determinado material es la proporción existente entre la energía que se absorbe y la que se refleja

Esto se representa con un valor que puede oscilar entre 0 a 1, donde 0 significa toda la energía reflejada y el 1 toda la energía absorbida.

Lo que pretende la absorción acústica, es mejorar la propia acústica del recinto

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Absorción acústica VS Aislamiento acústico AISLAMIENTO: Se refiere a la protección de determinado materiales frente a los ruidos que puedan penetrar desde fuera o que salgan de él.

Normalmente las principales vías de transmisión de sonido son la vía estructural que suele ser a través de materiales sólidos y la vía aérea que es mediante el aire.

El aislamiento acústico permite proporcionar una protección al recinto contra la penetración del ruido, al tiempo que evita que el sonido salga al exterior.

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Materiales aislantes y absorbentes acústicos Son aquellos que se utilizan en las construcciones para mejorar de forma eficaz el aislamiento acústico.

Neopor porex negro

Poliestireno extrusionado

Poliuretano rígido

Copopren

Placas de espuma acústica

Planchas de espuma acústica e ignífuga Espuma insonorizante

19 - MARZO - 2021

Propiedades químicas

Oxidación Ocurre cuando los metales tienen contacto con el aire hume o el agua, la mayoría de casos se presentan en los metales

Es superficial se produce el oxido sobre la superficie, que por medio de un lijado la superficie metalica se recupera sin ningun deterioro.

19 - MARZO - 2021

Corrosión Es el desgaste o la alteración de un metal o aleación ya sea por un ataque químico o directo o por una reacción electroquímica.

El proceso de oxidación o corrosió ocurre porque los átomos metálicos son removidos del material sólido y la pérdida de estos degrada el material.

En algunos casos como en el óxido del acero se forma un subproducto sólido, es decir forma una capa encima del material.

La corrosión se asocia con el ambiente y ocurre a lo larde de un periodo de tiempo y puede ocurrir en temperaturas altas y bajas.

19 - MARZO - 2021

Corrosión La corrosión electroquímica ocurre en medios acuosos como agua, aceite, aire húmedo, entre otros.

Es un fenómeno costo en todas sus formas, afecta los sistemas de transporte, los puentes, los servicios públicos, las plantas de energía nuclear, producción y manufactura, entre otros Las fallas que ocurren como consecuencia de la corrosión son costosas y pueden ser fatales.

Aunque la corrosión se piense como algo negativo también se puede utilizar para hacer revestimientos metálicos a los productos: Electrochapado.

19 - MARZO - 2021

Corrosión galvánica Es una seri de metales en agua salada, se trata de una ordenasidos de los metales mas activos y menos activos.