Materiales de ingenieria (jose parica)

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE“ VICE-RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJIAS” NUCLEO: CHARALLAVE MATERIALES DE INGENIERIA TUTOR: AUTOR: JOSÉ PARICA DELGADO EVERTH EXP: 2015147035 Charallave, mayo de 2017 Introducción La ingeniería es una profesión en la que los conocimientos científicos y empíricos se aplican para la conversión óptima de los materiales y fuerzas de la naturaleza en usos prácticos para la humanidad, entonces, los materiales son una parte fundamental del desarrollo de las comunidades como las conocemos hoy en día. Estos materiales se hallan en los alrededores, desde la ropa hasta el pavimento, todas las cosas están hechas de materiales, ya sea uno solo o varios materiales a manera de conjunto. Existen multitud de materiales, cada uno para un trabajo específico, estos materiales se pueden clasificar por familias de metales, cerámicos y plásticos, cada uno con propiedades intrínsecas que pueden variar dependiendo de cómo sean hechos. La producción de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en productos acabados, constituyen una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricación. Puesto que la producción necesita materiales, los ingenieros deben conocer de la estructura interna y propiedad de los materiales, de modo que sean capaces de seleccionar el más adecuado para cada aplicación y también capaces de desarrollar los mejores métodos de procesado. ¿Que es un material? Un material es un elemento que puede transformarse y agruparse en un conjunto. Los elementos del conjunto pueden tener naturaleza real (tangibles), naturaleza virtual o ser totalmente abstractos, los conjuntos de materiales se definen partiendo desde sus características principales y las relaciones que tienen entre sí. ¿Tipos de materiales? 1. Metales: El concepto se utiliza para nombrar a elementos puros o a aleaciones con características metálicas. Los metales son tenaces, dúctiles, maleables, cuentan con una buena resistencia mecánica, adecuada conductividad térmica y eléctrica, alta rigidez y resistentes al impacto. Hay metales que aparecen en forma de elementos nativos (el cobre, el oro, la plata), mientras que otros pueden obtenerse a partir de óxidos, sulfuros, carbonatos o fosfatos. Los metales suelen ser muy utilizados en la industria, ya que ofrecen una gran estabilidad y tienen una amplia protección contra la corrosión (los no ferrosos). Los metales pueden clasificarse en ferrosos y no ferrosos.  Metales ferrosos: Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el fierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio. Los principales productos representantes de los materiales metálicos son: o Fundición de hierro gris o Hierro maleable o Aceros o Fundición de hierro blanco Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus principales problemas es la corrosión.  Metales no ferrosos: Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años. Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son: o Aluminio o Cobre o Magnesio o Níquel o Plomo o Titanio o Zinc Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc). 2. Cerámicos: Son materiales inorgánicos que pueden ser cristalinos y/o amorfos (vidrios). Los materiales de cerámica como ladrillos, vidrios, losas, aislantes y abrasivos, tienen escasa conductividad térmica y eléctrica, tiene buena resistencia y dureza, son deficientes en ductilidad y resistencia al impacto. Por lo anterior son menos usados en aplicaciones estructurales. Los materiales cerámicos se procesan en forma de polvo debido a que no se pueden fundir tan fácilmente como lo hacemos con los metales y esta es una diferencia entre un metal y un cerámico. Algunas de sus características más comunes es su fundición a altas temperaturas, presentan un comportamiento frágil a la tensión, malos conductores del calor y electricidad, Frágiles e indeformables, Resistencia a altas temperaturas y Densidades medias; los materiales cerámicos con grano pequeño son más resistentes que los de grano grueso, además del tamaño de grano dependen otras características tanto magnéticas como dieléctricas y ópticas. Los materiales cerámicos se pueden clasificar:  Con base en la clase de sus compuestos químicos: óxidos, nitruros, carburos, floruros, sulfuros.  Por su funcionalidad: Eléctricos, construcción, químicos, domésticos. magnéticos, ópticos, de Algunos materiales y su utilización:    Nitrato de Bario.- Material cerámico electrónico de más alta utilización, se usa para capacitares. (se clasifica por su funcionalidad). Diamante.- Material más duro que existe en la naturaleza, se usa en abrasivos para pulverizar y pulir, en herramientas de corte y joyería. (se clasifica por su funcionalidad). Silíceo Silica.- Su uso más amplió es como ingrediente de vidrios y vitroceramicos, aislamientos térmicos, refractarios y abras. (se clasifica por sus compuestos). 3. Poliméricos: Los polímeros son compuestos de sustancias orgánicas en base al C, H, O y otros elementos no metálicos tienen un tipo de enlace interatómico: covalente conformando largas cadenas lineales o redes, con nula o media cristalinidad, son resistentes a bajas temperaturas, malos conductores del calor y la electricidad, algunos son frágiles, otros tenaces, poseen bajas densidades, tienen baja conductividad térmica y eléctrica y poca resistencia mecánica Ejemplo:   El polietileno se aplica para empacado de alimentos, una de sus propiedades es que es fácilmente conformarle en delgadas películas flexibles e impermeables. Epoxicos.- Se aplican en encapsulado de circuitos integrados y como propiedad es buen aislante eléctrico y resiste a la humedad. Dentro de los polímeros se pueden señalar varios conocidos como lo son el polipropileno, el polietileno, el PET (tereftalato de polietileno) y el PVC (policloruro de vinilo).  El Polipropileno (PP) es un termoplástico que es obtenido por la polimerización del propileno, subproducto gaseoso de la refinación del petróleo. Todo esto desarrollado en presencia de un catalizador, bajo un cuidadoso control de temperatura y presión. El Polipropileno se puede clasificar en tres tipos (homopolímero, copolímero rándom y copolímero de alto impacto), los cuales pueden ser modificados y adaptados para determinados usos. Características: o Optima relación Costo / Beneficio. o Versatilidad: compatible con la mayoría de las técnicas de procesamiento existentes y usado en diferentes aplicaciones comerciales, como, packaging, industria automotriz, textiles, menaje, medicina, tuberías, etc. o Buena procesabilidad: es el material plástico de menor peso específico (0,9 g/cm3), lo que implica que se requiere de una menor cantidad para la obtención de un producto terminado. o Barrera al vapor de agua: evita el traspaso de humedad, lo cual puede ser utilizado para la protección de diversos alimentos. o Buenas propiedades organolépticas, químicas, de resistencia y transparencia.  El polietileno es un tipo de polímero que se utiliza extendidamente en la fabricación de envases, de bolsas, para recubrir cables, para hacer recipientes y en las tuberías, entre otros. Se trata de uno de los plásticos más comunes y usados en el mundo, especialmente por el bajo costo que representa; Al polímero se lo obtiene a partir de un proceso químico conocido como polimerización y del compuesto químico etileno; Cabe destacarse que dependiendo del tipo de polimerización que se lleve a cabo se podrán lograr diversas especies de polietileno como lo son el polietileno de alta densidad (PEAD) y el polietileno de baja densidad (PEBD) Mientras tanto, durante su proceso de creación es posible añadirle al polietileno diferentes sustancias para que el producto final goce de ciertas propiedades. Uno de los más habituales resulta ser el de aportarle una coloración diferente a la que naturalmente tiene, que justamente en su primer estado es translucido. Características: Excelente resistencia térmica y química. Muy buena resistencia al impacto. Es sólido, incoloro, translúcido, casi opaco. Muy buena procesabilidad, es decir, se puede procesar por los métodos de conformados empleados para los termoplásticos, como inyección y extrusión. o Es flexible, aun a bajas temperaturas. o Es tenaz. o o o o o No es atacado por los ácidos, o Es mucho mejor el Reciclaje Mecánico y Térmico.  El tereftalato de polietileno, politereftalato de etileno, polietilentereftalato o polietileno tereftalato (más conocido por sus siglas en inglés PET, polyethylene terephthalate) es un tipo de plástico muy usado en envases de bebidas y textiles; Es un polímero termoplástico lineal, con un alto grado de cristalinidad. Como todos los termoplásticos puede ser procesado mediante extrusión, inyección, inyección y soplado, soplado de preforma y termoconformado. Para evitar el crecimiento excesivo de las esferulitas y lamelas de cristales, este material debe ser rápidamente enfriado, con lo que se logra una mayor transparencia. Características Alta resistencia al desgaste y corrosión. Muy buen coeficiente de deslizamiento. Buena resistencia química y térmica. Compatible con otros materiales barrera que mejoran en su conjunto la calidad barrera de los envases y por lo tanto permiten su uso en mercados específicos. o Reciclable, aunque tiende a disminuir su viscosidad con la historia térmica. o Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto con productos alimentarios. o o o o  El cloruro de polivinilo más correctamente pero inusualmente poli (cloruro de vinilo), comúnmente abreviado PVC , es la tercera más sintético ampliamente producido en el mundo de plástico polímero , después de polietileno y polipropileno. El PVC se presenta en dos formas básicas: rígidos (a veces abreviado como RPVC) y flexibles. La forma rígida de PVC se utiliza en la construcción de la tubería y en las aplicaciones de perfil, tales como puertas y ventanas. También se utiliza para botellas, otros envases no alimentaria, y las tarjetas (tales como bancos o de miembros tarjetas) Características o El PVC (policloruro de vinilo) es una combinación química de carbono, hidrógeno y cloro. o Proviene del petróleo bruto (43%) y de la sal (57%). Es con diferencia el plástico con menos dependencia del petróleo. o Su principal propiedad: un material NO conductor eléctrico y térmico, es decir, un aislante natural. o No conductor de ondas sonoras y por su morfología un buen amortiguador de ondas sonoras. o Se obtiene por polimerización del cloruro de vinilo, cuya fabricación se realiza a partir de cloro y etileno. o Es un material ligero y químicamente inerte e inocuo. Gracias a ello, es muy utilizado con diversos usos en la industria sanitaria y alimentaria. o Pertenece a la familia de los termoplásticos, es decir, bajo la acción del calor (140 a 205ºC) se reblandece pudiendo moldearse fácilmente; cuando se enfría recupera la consistencia inicial conservando la nueva forma. o Durante su todo su ciclo de vida útil, el PVC ni se oxida ni se corroe lo que reduce los costes de mantenimiento y sustitución. o Tiene una alta resistencia al choque. o Más del 65% de las aplicaciones de PVC tienen una vida útil muy larga, pudiendo alcanzar los 100 años. o Durante la producción el PVC demanda menos energía que la mayoría de los materiales alternativos. o Es destacable su resistencia al fuego y autoestinguible. Su composición molecular hace de él un material intrínsecamente ignífugo, no propaga la llama, no gotea, se quema a temperaturas más elevadas que muchos materiales alternativos y, en condiciones normales, dejará de quemarse en cuanto se le retire la fuente de calor. o Permite ser reciclado. A diferencia de la madera, el PVC, con un proceso adecuado, permite reincorporar el material reciclado al proceso productivo. 4. Compuestos: En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos o más materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad. Características o Están formados por dos o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente. o Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interface. o Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia). o No pertenecen a los materiales compuestos los materiales polifásicos, como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambia la composición de las fases presentes.2 Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales. Por ejemplo, en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas. Atributos de los materiales Propi. Mecánicas: Los materiales tienen diferentes propiedades mecánicas, las cuales están relacionadas con las fuerzas exteriores que se ejercen sobre ellos. Las propiedades mecánicas de los materiales son:       Elasticidad: Cualidad que presenta un material para recuperar su forma original al cesar el esfuerzo que lo deformó. Por ejemplo, un globo. Plasticidad: Cualidad opuesta a la elasticidad. Indica la capacidad que tiene un material de mantener la forma que adquiere al estar sometido a un esfuerzo que lo deformó. Por ejemplo, un envase de platico. Maleabilidad: se refiere a la capacidad de un material para ser conformado en láminas delgadas sin romperse. Ejemplo, aluminio Ductilidad: los materiales dúctiles son aquellos que pueden ser estirados y conformados en hilos finos o alambre. Por ejemplo, el cobre. Dureza: Resistencia que opone un cuerpo a ser penetrado por otro. Esta propiedad nos informa sobre la resistencia al desgaste contra los agentes abrasivos. Ejemplo, diamantes Tenacidad: Resistencia a la rotura de un material cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación. Ejemplo, acero.  Fragilidad: Es el opuesto de la tenacidad, es la facilidad con la que se rompe un material sin que se produzca deformación elástica. Por ejemplo el vidrio. Propi. Eléctricas: Las propiedades eléctricas definen el comportamiento de los materiales frente a la corriente eléctrica y a los campos magnéticos respectivamente. Resistencia eléctrica     La resistencia eléctrica mide el grado de oposición de un material a ser atravesado por la corriente eléctrica. Un material tiene una alta resistencia cuando presenta gran oposición a ser atravesado por una Capacidad eléctrica, que es también conocida como capacitancia, es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad es también una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial eléctrico dada. La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos. La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad de un material o sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él. Propi. Ópticas: Las Propiedades ópticas de los materiales son las que se ponen de manifiesto al incidir sobre ellos la luz. Las propiedades ópticas y/o estéticas se pueden definir también como aquellas que se perciben con el sentido de la vista.   Materiales transparentes: Son los materiales que permiten el paso de la luz, y se puede ver con nitidez a través de ellos. Son materiales transparentes el vidrio simple o el cristal, algunos plásticos, y cualquier material que deje pasar los rayos de luz y permita ver al otro lado del mismo. Materiales opacos: Son los materiales que no permiten el paso de la luz, y no se puede ver a través de ellos. Por ejemplo los metales,  aunque el Instituto Metalúrgico Dnepropetrovsk de Ucrania desarrolló hace unos años una tecnología que retó la opacidad de ciertos metales y, aunque no se consiguió la transparencia, sí se alcanzó cierta transmisión luminosa, dando lugar a un metal traslúcido y bastante ligero. Materiales traslúcidos: Son los materiales que permiten el paso de la luz, pero no dejan ver con nitidez a través de ellos. Esta propiedad la tienen algunos plásticos, metacrilato, vidrios especiales o tintados, el papel de cebolla, y muchos otros. Propi. Térmicas: La temperatura es un factor externo de enorme importancia, ya que afecta a prácticamente todas las características de los materiales. Las propiedades mecánicas, eléctricas o magnéticas sufren importantes cambios cuando la temperatura varía, por lo que los efectos térmicos sobre estas propiedades deberán tenerse en cuenta siempre a la hora de dimensionar o seleccionar el material idóneo. En efecto, cuando un sólido recibe energía en forma de calor, el material absorbe calor, lo transmite y se expande. Estos tres fenómenos dependen respectivamente de tres propiedades características del material:    La capacidad calorífica o capacidad térmica molar como la energía necesaria para hacer variar en 1 k la temperatura de un mol de material. en los sólidos se trabaja usualmente con el valor Cp, definido como al capacidad calorífica a presión constante. Dilatación térmica se manifiesta al aumentar la temperatura y entonces los átomos vibran con mayor amplitud alrededor de su posición de equilibrio, provocando un incremento en la distancia interatómica d0 de equilibrio, y por tanto haciendo aumentar las dimensiones del material. La conductividad térmica k es una propiedad de los materiales que determina la velocidad a la que el calor se transmite en el material, siendo un factor de máxima importancia en aplicaciones que involucren la transferencia de calor: moldes de solidificación, intercambiadores, pantallas aislantes, etc. Conclusión Como resultado de la investigación sobre los materiales de ingeniería, en la que encontramos una clasificación (metales, cerámicos, polímeros y compuestos) un poco corta pero de extensa información, tomando en cuenta el hecho de que un material es un elemento que puede agruparse y transformarse debemos pensar en cómo hacerlo y con qué fin, cada material aporta características específicas y sub-clasificaciones con propiedades intrínsecas de modo que es necesario conocerlos de manera general. Las propiedades y/o atributos de los materiales son los que nos han permitido llegar al desarrollo de los materiales como los conocemos hoy, las propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas, térmicas, entre otras, nos han permitido definir para que sirve cada material y en qué condiciones se desempeñan mejor y de este modo obtener su mayor rendimiento, es decir, el conocimiento de los materiales es la base del desarrollo de todas las áreas pues ellos nos aportan cada instrumento y herramienta necesario en todas las áreas, ya sea la mecánica, eléctrica, electrónica, la medicina y hasta la agricultura.         Referencia bibliográfica Definición.de. Definición de metales [servidor en línea] o Disponible en: http://definicion.de/metales/ [consulta: 2017, Abril 26] Pablo Turmero. 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