UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXICIYA INGENIERÍA INDUSTRIAL TRABAJO INVESTIGATIVO DE TALLER MECÁNICO I NOMBRE: CRISTINA GUANO CARRILLO MATERIA: TALLER MECÁNICO I DOCENTE: ING. MARCELO TELLO CURSO: TERCERO “A” PERIODO: Abril – Agosto 2017 ANTECEDENTES Este documento se trata el tema de la metrología como parte fundamental de las ciencias naturales y su importancia en el mundo, la medición es un proceso que realizamos cotidianamente, y de manera inconsciente, por ejemplo al realizar la compra de víveres pedimos una libra o un kilo de algo. Desde el punto de vista histórico se puede decir que el hombre empezó a medir el tiempo, una vez que el ser humano descubrió esta magnitud pudo desarrollar la agricultura y la cacería ya que conocía el paso de las estaciones, con el paso del tiempo, según la historia, Galileo Galilei en 1583 a los diecinueve años de edad se distrajo mirando el balanceo de la lámpara del altar de la iglesia, él comprobaba los intervalos de las oscilaciones mediante su propio pulso, esto hizo que Galileo descubriera el isocronismo o igualdad de la oscilación del péndulo, es decir, su descubrimiento abrió las puertas de una nueva era en la medición del tiempo. El primer reloj atómico fue desarrollado en 1949 por el Norteamericano Harold Lyons, estaba basado en las transiciones atómicas de la molécula de amoniaco. Esta historia de cómo se desarrollaron los instrumentos para medir el tiempo nos da una idea de las dificultades con las que nos podemos enfrentar si deseamos medir otras magnitudes, la humanidad se tardó aproximadamente 5000 años en desarrollar relojes de cuarzo los que usamos actualmente en nuestra muñeca, Fue en el siglo XVIII que se desarrolló un sistema unificado de mediciones. La falta de un sistema de mediciones estandarizado fue una fuente de errores y fraudes en transacciones sociales y comerciales poniendo freno al comercio internacional y evitando el desarrollo de la ciencia como compromiso internacional. Con la expansión de la industria y el comercio, hubo una necesidad entre países de armonizar las pesas y medidas. Los políticos y científicos resolvieron esta situación adoptando un estándar de medida una de ellas fue el metro (en 1793); ésta unidad está basada en el tamaño de la tierra, una vez que se definió esta unidad de longitud se pudo establecer el metro cuadrado (para área) y el metro cubico (para volumen). (Adolfo, 2014) OBJETIVOS OBJETIVO PRINCIPAL Realizar un Trabajo Investigativo sobre la Metrología, su división y los instrumentos de medición. OBJETIVOS ESPECIFICOS Conocer el concepto de Metrología, sus elementos y su utilidad. Determinar las características de los varios instrumentos usados en la medición. Investigar los diferentes sectores que abarca la Metrología. MARCO TEÓRICO ¿QUÉ ES LA METROLOGÍA? Es la ciencia de las mediciones. Deriva del griego “metrón” medida y “logos” lógica. Sus elementos clave son: El establecimiento de estándares de medición que sean internacionalmente aceptados y definidos El uso de equipo de medición para correlacionar la extensión que los datos del producto y proceso están conforme a especificaciones La calibración regular de equipos de medición, rastreables a estándares internacionales establecidos En términos más actuales se conoce como la ciencia e ingeniería de la medida, incluyendo el estudio, mantenimiento y aplicación del sistema de pesos y medidas. Actúa tanto en los ámbitos científico, industrial y legal, como en cualquier otro demandado por la sociedad. Su objetivo fundamental es la obtención y expresión del valor de las magnitudes, garantizando la trazabilidad de los procesos y la consecución de la exactitud requerida en cada caso; empleando para ello instrumentos métodos y medios apropiados. (Aguilar, 2007) En la metrología la medición no es solo comparar, al medir cualquier magnitud y en cualquier unidad y escala, se debe cumplir con varios criterios que certifiquen la calidad de la medida tomada, de estos criterios también se conforma la metrología. Medir exige utilizar el instrumento y el procedimiento adecuados, además de saber “leer” los resultados. Pero también supone cuidar que los equipos de medición – una regla, un termómetro, una pesa o una moderna balanza -no sufran golpes ni se vean expuestos a condiciones ambientales que los puedan dañar Medir sirve para: Reducir rechazos y reprocesos Aprovechar mejor las materias primas Asegurar el cumplimiento de especificaciones Un sistema de aseguramiento metrológico está compuesto por: Un instrumento de medición verificado y calibrado Personas capacitadas para usarlo Una correcta interpretación de los resultados Un ambiente protegido para los equipos ¿Qué nos asegura la metrología? Calidad, Productividad y Competitividad. DIVISIÓN DE LA METROLOGÍA Como se ha visto la metrología abarca muchos sectores tanto científicos como comerciales, por tanto se ha clasificado en tres tipos de metrología, de modo que se realizan investigaciones más específicas en cada ámbito. Las principales clases de metrología son: La Metrología Legal. La Metrología Industrial. La Metrología Científica. La Metrología Legal.- Este término está relacionado con los requisitos técnicos obligatorios. Un servicio de metrología legal comprueba estos requisitos con el fin de garantizar medidas correctas en áreas de interés público, como el comercio, la salud, el medio ambiente y la seguridad. El alcance de la metrología legal depende de las reglamentaciones nacionales y puede variar de un país a otro. La Metrología Industrial.- Esta disciplina se centra en las medidas aplicadas a la producción y el control de la calidad. Materias típicas son los procedimientos e intervalos de calibración, el control de los procesos de medición y la gestión de los equipos de medida. El término se utiliza frecuentemente para describir las actividades metrológicas que se llevan a cabo en materia industrial, podríamos decir que es la parte de ayuda a la industria. La metrología industrial ayuda a la industria en su producción, aquí se distribuye el costo, la ganancia. La Metrología Científica.- También conocida como "metrología general". "Es la parte de la Metrología que se ocupa a los problemas comunes a todas las cuestiones metrológicas, independientemente de la magnitud de la medida". Se ocupa de los problemas teóricos y prácticos relacionados con las unidades de medida (como la estructura de un sistema de unidades o la conversión de las unidades de medida en fórmulas), del problema de los errores en la medida; del problema en las propiedades metrológicas de los instrumentos de medidas aplicables independientemente de la magnitud involucrada. (Ramírez Tapia, 2010) En la Metrología hay diferentes áreas específicas. Algunas de ellas son las siguientes: - Metrología dimensional, encargada de las medidas de longitudes, donde la longitud se generaliza a espacio, a fin de incluir ángulos, superficies y volúmenes. - Metrología química, que se refiere a todos los tipos de mediciones en la química. Generalmente encaminada a la medición de componentes de interés en una mezcla. - Metrología eléctrica, que estudia las medidas eléctricas: tensión (o voltaje), intensidad de corriente (o amperaje), resistencia, impedancia, reactancia, etc. La metrología eléctrica está constituida por tres divisiones: tiempo y frecuencia, mediciones electromagnéticas y termometría. (Adolfo, 2014) La metrología tiene dos características muy importantes el resultado de la medición y la incertidumbre de medida, si se habla del resultado de la medición debemos definir una escala y unos patrones de medición los cuales se deben tener una acreditación a nivel internacional, por ejemplo al medir longitudes se puede usar tanto el sistema internacional en el cual el metro es la unidad básica, o por otro lado se puede usar el sistema anglosajón ( usado oficialmente en Estados Unidos), el cual se basa en un sistema de pulgada, pie, yarda y milla, en términos prácticos es muy recomendado el uso del metro(m) determinado en el sistema internacional debido a que se basa en un sistema de base diez, pero en el ámbito comercial dada la gran influencia de Estados Unidos en el mundo es muy común hallar toda clase de materiales clasificados bajo esta escala. S.I. de Unidades El Sistema Internacional de Unidades (SI) tiene su origen en el sistema métrico. Para 1960, la Conferencia General de Pesos y medidas (C.G.P.M) como autoridad suprema para la época adoptó el nombre de Sistema Internacional de Unidades (SI). El SI está hoy en día en uso en más de 100 países. Está formado por siete unidades básicas y varias unidades derivadas. INSTRUMENTOS DE MEDIDA Y PRECISIÓN Son aparatos que se usan para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta conversión. Dos características importantes de un instrumento de medida son la precisión y la sensibilidad. Tipos.- Se utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo mediciones de las diferentes magnitudes físicas. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta microscopios electrónicos y aceleradores de partículas A continuación se indican algunos instrumentos de medición existentes en función de la magnitud que miden. Para medir masa: Para medir volúmenes Balanza Pipeta Báscula Probeta Espectrómetro de masa Bureta Catarómetro Matraz aforado Para medir tiempo: Para medir velocidad: Calendario Tubo de Pitot (utilizado para determinar la velocidad) Cronómetro Velocímetro Reloj Anemómetro (Para medir la velocidad del viento) Reloj atómico Datación radiométrica Tacómetro (Para medir velocidad de giro de un eje) Para medir longitud: Para medir propiedades eléctricas: Cinta métrica Regla graduada Electrómetro (mide la carga) Calibre Amperímetro (mide la corriente eléctrica) Vernier Galvanómetro (mide la corriente) Micrómetro Óhmetro (mide la resistencia) Reloj comparador Voltímetro (mide la tensión) Interferómetro Vatímetro (mide la potencia eléctrica) Odómetro Multímetro (mide todos los anteriores valores) Puente de Wheatstone Osciloscopio Para medir ángulos: Goniómetro Sextante Para medir otras magnitudes: Transportador Caudalímetro (utilizado para medir caudal) Colorímetro Espectroscopio Para medir temperatura: Microscopio Espectrómetro Termómetro Contador geiger Termopar Radiómetro de Nichols Pirómetro Sismógrafo Phmetro (mide el ph) Pirheliómetro Luxómetro (mide el nivel de iluminación) Para medir presión: Sonómetro (mide niveles de presión sonora) Barómetro Manómetro Tubo de Pitot (utilizado para velocidad) Manómetro: Instrumento para medir la presión de los fluidos, basado en la igualdad de presiones en diversos puntos de un plano horizontal de un líquido en equilibrio (manómetro de columna líquida), o en la deformación de metal por efecto de la presión (manómetro de deformación). El manómetro de émbolo se usa para medir grandes presiones, y el vacuómetro, para las presiones muy bajas. Termómetro: Instrumento que sirve para medir la temperatura. El más usual se compone de un tubo de vidrio, uno de cuyos extremos contiene un líquido, por lo común mercurio, alcohol o azogue, que se dilata o se contrae a lo largo del tubo por el aumento o la disminución de la temperatura, señalando en una escala los grados de temperatura. Balanza: Instrumento de formas muy variadas para medir masas y pesos. La balanza es un instrumento básico en el laboratorio de Física. Hay muchos tipos de balanzas, para pesar un determinado objeto, se desplazan masas calibradas a lo largo de cuatro rieles y se fijan en posiciones etiquetadas. Reloj: Instrumento o máquina para medir el tiempo o para dividir el día en horas, minutos y segundos. Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica; puede ser de mercurio o metálico (Aneroide). Voltímetro: Aparato que mide en voltios la diferencia de potencial eléctrico entre dos punto de un circuito. Amperímetro: Aparato para medir las intensidades de corriente eléctrica, graduado en amperes o fracciones de este. Cinta Métrica: Este instrumento se utiliza para medir longitudes. Está compuesto de una cinta o regla la cual esta expresada en metros y pulgadas. Fotómetro: Instrumento para medir la intensidad de la luz. Puede ser visual o fotoeléctrico. Frecuencímetro: Instrumento que se utiliza para medir las oscilaciones por seg, de una onda (frecuencia) senoidal, cuadrada o dientes de sierra. Vatímetro: Es un aparato que se utiliza para medir el consumo de energía de un circuito en watts, está formado internamente por un voltímetro y un amperímetro. Areómetro: Instrumento que se utiliza para medir la densidad del aire y otros gases. CONCLUSIONES La metrología abarca todas las ramas y componentes que puedan garantizar la calidad de una medición, además de una regulación legal de la determinación que permite la uniformidad y estabilidad en el comercio mundial, ya que la medición permite conocer de forma cuantitativa, las propiedades físicas y químicas de los objetos. Con las magnitudes establecidas es más fácil elegir los instrumentos adecuados para un proceso determinado que se vaya a realizar. Cuando los instrumentos de medición son adecuados al proceso, los resultados serán más confiables; siempre y cuando los instrumentos de medición sean óptimos y estén bien calibrados. RECOMENDACIONES Conocer las magnitudes básicas y las derivadas del sistema de medición así como sus unidades. Para realizar una medición en el caso que se utilice instrumentos lo mejor es seguir los procedimientos adecuados para no dañar el instrumentos y para que la medición sea lo más confiable y precisa posible. BIBLIOGRAFÍA Adolfo, E. E. (2014). Metrología y sus aplicaciones. México: Patria. ProQuest ebrary. Web. 12 April 2017. Aguilar, P. (2007). METROLOGÍA . Ramírez Tapia, M. a. (2010). Metrología y normalización. México, D.F: Instituto Politécnico Nacional. ProQuest ebrary. Web. 12 April 2017. ANTECEDENTES Desde los comienzos de la prehistoria se conocen intentos por parte del ser humano de manipular y utilizar para su provecho diversos elementos que encuentra en la naturaleza. Para lograr una mejor utilización de los mismos el hombre ha intentado conocer y controlar su composición logrando en muchos casos modificar las propiedades. El comienzo se dio de forma artesanal con conocimientos empíricos o especulativos. La ciencia de los materiales empieza en la edad de la piedra cuando se usaban piedras, madera, arcilla, cuero, etc. En la edad de bronce el hombre descubre la importancia de la temperatura y lo usa para modificar las propiedades de los materiales mediante tratamientos térmicos o con la adición de otras sustancias. Al nacer la tabla periódica de Mendeleev nació una nueva era para los materiales, gracias a conocimientos mas sólidos sobre la estructura de la materia se da la posibilidad de diseñar nuevos materiales que permitan solucionar problemas socioeconómicos como evitar la escases de recursos. La búsqueda de nuevos materiales progresa de manera continua, por ejemplo, los ingenieros mecánicos buscan materiales para altas temperaturas de modo que los motores puedan funcionar con más eficiencia. La tecnología de materiales está ligada a la búsqueda de conocimientos básicos acerca de la estructura interna, las propiedades y el procesado de los materiales. Al ver la historia del desarrollo de los materiales durante los últimos 50 años, la industria de las materias plásticas ha tenido un desarrollo de proporciones gigantes, superando a la industria del acero. La industria de cerámicas también ha recorrido un largo camino incluso más que los otros materiales, desde los primeros vestigios arqueológicos hasta materiales cerámicos lanzados al espacio en el trasbordador Challenger como recubrimiento para su protección térmica. La historia de los materiales metálicos comienza con el hierro como material de origen celeste, este material hizo posible la creación de armas más resistentes y duraderas; el proceso para la fabricación era en los hornos dónde se reducía a esponja y hierro metálico al alejarlo del horno incandescente se trabajaba con martillo para compactar la masa y moldear. OBJETIVOS OBJETIVO PRINCPAL Realizar una investigación sobre las características de los materiales y sus propiedades. OBJETIVOS ESPECIFICOS Establecer diferencias entre los distintos materiales. Conocer los tipos de materiales que existen, el uso y utilidad de cada uno de ellos MARCO TEORICO CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES Normalmente la forma de presentación microscópica de un material que define sus propiedades, depende de variables externas como la temperatura y la presión. METALES Sus características se deben a que son elementos químicos que en su mayoría son sólidos (con excepción del mercurio) cuando se encuentran a temperatura ambiente. Los metales presentan un brillo que los distingue ampliamente de otros elementos, así como que algunos de los metales tienen reacciones químicas con el oxígeno oxidándose; los metales debe distinguirse de los metaloides y los metales abarcan gran parte de la tabla periódica de los elementos junto con los ya mencionados metaloides. Permiten formar aleaciones como el bronce, acero alnico latón, etc. Los metales también tienen algunas cualidades aprovechables en el servicio médico, tal como el titanio, el acero inoxidable y el oro, que son hipo alergénicos y permiten realizar intervenciones quirúrgicas como prótesis y en odontología curaciones dentales. El magnetismo es otra cualidad de los metales, pero si bien muchos son magnéticos, otros no lo son, como sucede con el hierro. Los metales tienen la cualidad o capacidad de ser de ser maleables, de fundirse a una temperatura determinada, esto permite que sea vaciado en moldes y es lo que les permite formar las aleaciones como las que se mencionan arriba y por su misma ductilidad se pueden deformar. Al poder fundirse puede ser vaciado en moldes, los cuales le dan la forma deseada a la pieza de metal, también puede ser troquelada, doblada o formarse laminas. Resistencia a la oxidación La oxidación de un metal es la reacción electroquímica al entrar en contacto con un oxidante como el oxígeno. La formación de un óxido de hierro debido a la oxidación de los átomos de hierro en solución sólida es un ejemplo bien conocido de la corrosión electroquímica, comúnmente conocido como oxidación. Este tipo de daño típicamente produce óxido y/o sal del metal original. Resistencia a la corrosión La corrosión de un metal es la desintegración de un material en sus átomos constitutivos, debido a reacciones de productos químicas. La corrosión puede también referirse a otros materiales distintos del hierro, tales como la cerámica o polímeros, aunque en este contexto, el término degradación es más común. En otras palabras, la corrosión es el desgaste de los metales debido a una reacción química, producida por agentes químicos. Aleabilidad Es la propiedad que tienen para formar aleaciones que dan lugar a nuevos materiales mejorando sus prestaciones. En todas las aleaciones un componente como mínimo tiene que ser un metal. La conductividad eléctrica de un metal es la capacidad de un cuerpo para permitir el paso de los electrones, los mismos que forman a su paso una corriente eléctrica (es lo contrario de resistencia eléctrica). Según ésta condición, los materiales se clasifican en: conductores, aislantes y semiconductores. Los metales más conductores son: la plata, el cobre, el oro, el aluminio, el tungsteno y el hierro. La unidad de medición utilizada comúnmente es el Siemens/cm (S/cm), en millonésimas (10-6) de unidades, es decir, microSiemens/cm (μS/cm), o en milésimas (10-3), es decir, miliSiemens/cm (mS/cm). Dureza La dureza es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Es decir, la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado o penetrado por un cuerpo más duro. Los ensayos más importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetración, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de la dureza del metal, los métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell, Vickers, etc. Tenacidad La tenacidad de un metal es la resistencia que opone éste u otro material a ser roto, molido, doblado o desgarrado, siendo una medida de su cohesión. El acero es un material muy tenaz, especialmente alguna de sus aleaciones. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad. Resistencia La resistencia es la capacidad de algunos metales de soportar una carga externa sin romperse. Se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, compresión, torsión o cizallamiento, habrá una resistencia a la rotura para cada uno de estos esfuerzos. Se expresa en kg/mm². Ductilidad La ductilidad es la propiedad que tienen los metales y aleaciones, que bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. A los metales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los metales más dúctiles son el platino, oro y cobre. El cobre se utiliza principalmente para fabricar cables eléctricos, porque a su buena ductilidad añade el hecho de que sea muy buen conductor de la electricidad. CERÁMICA La cerámica es un material que se utiliza desde hace muchísimo tiempo con fines utilitarios y decorativos. Se obtiene a partir de distintas materias primas presentes en forma de polvo o de pasta, las cuales se amasan o se moldean para darles la forma requerida y luego se someten a una cocción, con lo que adquieren rigidez. Finalmente las piezas cerámicas pueden ser pintadas con esmalte. En la elaboración de objetos de cerámica se emplean siempre materiales sólidos inorgánicos, como sílice, alúmina, caolín y óxidos metálicos, combinados con otras sustancias. La cerámica es usada en parte por destacadas propiedades físicas y químicas. Entre ellas podemos mencionar su estabilidad, que le permite evitar la oxidación. Resiste la corrosión y la abrasión, no presenta elasticidad, no es combustible y es refractaria. Tipo de sustancia Son compuestos inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos. Su enlace puede ser iónico o covalente. Presenta estructura cristalina. Características de la cerámica No es combustible.- A diferencia de la madera, resulta un material mucho más seguro para la construcción. No es oxidable.- Es altamente estable, el agua no la altera en lo más mínimo. Resistente a la corrosión y a la abrasión.- No es afectada por las sustancias químicas, tampoco se desgasta por el pulido. Frágil o vidriosa.- Si bien durante la cocción adquiere dureza, la cerámica es un material que se fractura frente a los esfuerzos de tensión. No elástica.- Una vez fraguada, la cerámica permanece fija, ya no es posible seguir moldeándola. Refractaria.- La cerámica en general resiste altas temperaturas (de hecho se obtiene en hornos a temperaturas que superan los 1000 °C), pero esta propiedad se puede optimizar incluyendo en la mezcla de las arcillas óxidos de aluminio, berilio y circonio. En ese caso, la cocción se realiza a 1300-1600 °C y se procede a un enfriamientos muy lento. Se logran así productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3000 °C, necesarios en usos bastante específicos. No conductora de electricidad.- Además de la resistencia a la temperatura, caracteriza a la cerámica su gran poder de aislamiento eléctrico. Dureza.- La dureza de la cerámica está dada principalmente por su contenido en silicato o arena, pero esto al mismo tiempo resta homogeneidad; el molido bien fino de la materia prima ayuda en este sentido. PROPIEDADES MECÁNICAS Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocando la rotura del enlace), este hecho supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones. Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes de grano. PROPIEDADES MAGNÉTICAS No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferrimagnéticas. En estas cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una imantación neta. PROPIEDADES ELÉCTRICAS Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica y baja constate dieléctrica. Algunos de ellos presentan otras propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse. PROPIEDADES TÉRMICAS La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre la banda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la banda de conducción, por este hecho son buenos aislantes térmicos. Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio. POLIMEROS Los polímeros tienen gran cantidad de usos, pues, encontramos polímeros con diversas propiedades debido a las estructuras que presentan. De esta manera, podemos mencionar propiedades que presentan todos los polímeros como: -Un bajo costo de producción -Alta relación resistencia mecánica/densidad -Alta resistencia al ataque de sustancias químicas, como los ácidos o las bases -No son conductores de la electricidad Sin embargo, hay otras propiedades que no están presentes en todos los polímeros, y de las cuales depende el uso que se les dará. Estas propiedades son las mecánicas, las físicas y su comportamiento frente al calor. PROPIEDADES MECÁNICAS Estas propiedades se relacionan con el comportamiento del polímero frente a distintos procesos mecánicos. Entre estas propiedades se encuentran: -La resistencia; que se relaciona con la firmeza de un polímero frente a la presión ejercida sobre ellos sin sufrir cambios en su estructura. Un ejemplo de un polímero resistente es el policarbonato: -La dureza; que es la capacidad de un polímero de oposición a romperse. Un polímero con elevada dureza es el polietileno: -La elongación; es la capacidad de un polímero de estirarse sin romperse cuando se ejerce una presión externa. Los polímeros que poseen esta propiedad también se denominan elastómeros, como por ejemplo, el polibutadieno: PROPIEDADES FÍSICAS Según las características físicas que tenga el polímero, estos se pueden clasificar como: -Fibras: Presentan baja elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables. ej. algodón, lana, seda, nailon, poliéster, dacrón, etc. -Elastómeros: Son materiales con alta extensibilidad y elasticidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. Ej. caucho, neopreno, etc. -Plásticos: Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Ej. poliestireno, PVC, plexiglás o acrílico, etc. -Recubrimientos: Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión. -Adhesivos: Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial. Comportamiento del polímero frente al calor Frente al comportamiento de los polímeros frente al calor y la temperatura, podemos encontrar dos tipos de polímeros: -Termoplásticos: Son polímeros que se caracterizan por presentar cadenas lineales y ramificadas no unidas, por lo cual, las fuerzas intermoleculares son fáciles de vencer con la temperatura, poniéndose cada vez más blandos. A temperatura ambiente son rígidos. Por lo tanto se pueden fundir varias veces para poder moldearlos y posteriormente, adquieran la forma que se busca, sin que experimenten cambios en su composición ni su estructura. Ejemplos de polímeros termoplásticos son el polietileno, el nylon y el poliestireno. -Termoestables. Son polímeros cuyas cadenas están interconectadas entre sí, provocado por el calor, dándole una forma permanente, que no se puede volver a procesar. Son materiales rígidos, frágiles y con cierta resistencia térmica. Una vez moldeados no se pueden volver a calentar, ya que al hacerlo cambia su estructura y sus propiedades, pues, se descomponen químicamente. CONDUCTIVIDAD Tal y como ocurre con los semiconductores, los polímeros pueden ser dopados mediante la adición de pequeñas cantidades de ciertos átomos que modifican sus propiedades físicas. Se ha empleado el dopaje en diversos polímeros, como las polianilinas, polipirroles y politiofenos, logrando nuevamente un aumento considerable de la conductividad eléctrica. Cuando los polímeros conductores son sintetizados químicamente están en su estado neutro, como aislante o semiconductor. Para transformar el polímero a su estado conductor es necesario doparlo dependiendo dicha conductividad del tipo de dopante y grado de dopaje. MATERIAL COMPUESTO Se definen como las combinaciones de dos o más materiales a partir de una unión química o no química. Estos materiales que forman el compuesto poseen propiedades mejores que las que presentan los materiales componentes por si solos. Los componentes del material compuesto no deben disolverse ni fusionarse completamente entre ellos, es decir, los materiales deben poderse identificar por medios físicos, ya que son heterogéneos. El hecho de que los materiales compuestos sean heterogéneos muchas veces hace que también sean anisotrópicos (sus propiedades dependen de la orientación del material de refuerzo), por lo que hace que sus propiedades no serán las mismas en todo su volumen. TIPOS DE MATERIALES COMPUESTOS Los materiales compuestos se pueden clasificar en función de: a) En función del tipo de matriz: – Materiales compuestos de matriz metálica (MMC): Estos materiales tienen una alta resistencia y muy bajo peso. – Materiales compuestos de matriz cerámica (CMC): Mejores propiedades mecánicas que los materiales cerámicos tradicionales, como la resistencia y la tenacidad, especialmente en rangos de bajas temperaturas. – Materiales compuestos de matriz polimérica (PMC): Son materiales con buenas propiedades mecánicas, resistentes a la corrosión y a los agentes químicos, y a causa de sus propiedades físicas, pueden ser moldeados con absoluta libertad de formas. b) En función de la forma que posea el refuerzo: – Compuestos reforzados por partículas: En la mayoría de los materiales compuestos la fase dispersa es más dura y resistente que la matriz y las partículas de refuerzo tienden a restringir el movimiento de la matriz en las proximidades de cada partícula. En esencia, la matriz transfiere parte del esfuerzo aplicado a las partículas, las cuales soportan una parte de la carga. Los compuestos reforzados con partículas, se subdividen en reforzados con partículas grandes y endurecidos por dispersión. – Compuestos reforzados por fibras: Los materiales reforzados por fibras son los composites más importantes desde el punto de vista tecnológico. El objetivo es conseguir materiales con una elevada resistencia a la fatiga y rigidez, a bajas y altas temperaturas, y simultáneamente una baja densidad, por lo que se pretende conseguir una mejor relación resistencia-peso. Esta relación se consigue empleando materiales ligeros tanto en la matriz como en las fibras, siempre que estas cumplan con las propiedades mecánicas que se quieren otorgar al composite. – Compuestos estructurales: Un material compuesto estructural está formado tanto por materiales compuestos como por materiales homogéneos y sus propiedades no sólo dependen de los materiales constituyentes sino de la geometría del diseño de los elementos estructurales. Se clasifican los compuestos estructurales en: compuestos laminares, estructuras sandwich y estructuras no-laminares. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES COMPUESTOS Las principales características de los materiales compuestos son: Alta resistencia: Los materiales compuestos tienen una alta resistencia en relación a su peso. Baja densidad: Los materiales compuestos proporcionan una buena resistencia por unidad de peso, no como en el caso de los metales, ya que su densidad es mayor. Flexibilidad de formas: Debido a que las fibras de refuerzo se pueden trabajar con mayor facilidad que otros materiales antes del proceso de curado de la matriz, se pueden realizar una gran variedad de formas y acabados. Alta resistencia dieléctrica: Los materiales compuestos son aislantes eléctricos. Gran capacidad de consolidación de partes: Los materiales compuestos permiten el ensamblaje de componentes, reduciendo así el número de elementos y por lo tanto, necesitando menor número de uniones. Resistencia a la corrosión: Esta propiedad viene determinada por el tipo de matriz que se utiliza. De esta manera se puede seleccionar matrices con resistencia a cualquier medio corrosivo. Comportamiento a fatiga: El comportamiento a la fatiga de los compuestos es bueno. Al ser materiales amorfos, es decir, no tienen una estructura ordenada, no sufren los mismos efectos de fatiga que los metales y su resistencia es mayor. Reducción de costes de mantenimiento: Al tener una buena resistencia a la fatiga y presentar muy buena resistencia a la corrosión se reducen las tareas de mantenimiento y costes de reparación. Polietilen tereftalato Presenta las siguientes características: - Gran transparencia - Resistencia a la fluencia - Buena resistencia al fuego - Buenas características eléctricas Policarbonato Se caracteriza por su gran transparencia, buena estabilidad dimensional y resistencia frente al fuego. Su principal desventaja es la poca resistencia a los disolventes Características: - Gran transparencia (amorfo) - Buena estabilidad dimensional - Buena resistencia al fuego Termoplásticos de altas prestaciones Se caracterizan por presentar una estructura altamente aromática que les proporciona una alta resistencia mecánica y térmica. Se utilizan en la industria aeroespacial gracias a sus excelentes propiedades a pesar del alto coste de material y la dificultad de procesado. Destaca el polisulfuro de fenileno. Fibra de vidrio Es la más utilizada debido las siguientes características: - Su resistencia mecánica específica (resistencia tracción/densidad) superior a la del acero. La resistencia específica se define: resistencia tracción/densidad - Buena relación propiedades/coste - Estabilidad dimensional - Facilidad de fabricación - Buena resistencia térmica DIFERENCIA ENTRE MATERIALES HIERRO El estado del hierro en su forma natural es sólido. El hierro es un elemento químico de aspecto metálico brillante con un tono grisáceo y pertenece al grupo de los metales de transición. El punto de fusión del hierro es de 1535,85 grados. El hierro es un mineral que nuestro organismo necesita para su correcto funcionamiento y se puede encontrar en los alimentos Usos del hierro El hierro es un metal extremadamente útil y el elemento más común del planeta Tierra. En el proceso Haber-Bosch se utilizan catalizadores de hierro para producir amoníaco y también se utilizan en el proceso de Fischer-Tropsch para convertir el monóxido de carbono en los hidrocarburos utilizados para combustibles y lubricantes. El metal de hierro es fuerte, pero también es muy barato. Por lo tanto, es el metal de uso más común hoy en día. La mayoría de los automóviles, máquinas, herramientas, los cascos de los buques de gran tamaño y la mayoría de las piezas de las máquinas están hechas de hierro. MADERA La madera es una de las materias prima de origen vegetal más explotada por el hombre. Se encuentra en los árboles de tallo leñoso (que tienen tronco) encontrando su parte más sólida debajo de la corteza del árbol. Se utiliza para fabrican productos de gran utilidad como mesas, sillas y camas, muebles en general y en tecnología se usa para realizar muchos proyectos. La madera es un recurso renovable, abundante, orgánico, económico y con el cual es muy fácil de trabajar. Elasticidad: La madera se deforma bajo presiones o compresiones, volviendo a su primitivo estado cuando estas dejan de actuar. Esta propiedad también está presente inclusive cuando la madera está seca. Higroscopicidad: Debido a su gran porosidad la madera absorbe o cede agua del y al ambiente que lo circunda, según éste sea húmedo o seco y consecuentemente en relación con la época del año. La madera no obstante posee una cierta cantidad de agua estimada en un 20% - 30% de su peso, muy difícil que la pierda totalmente. Plasticidad: Capacidad de deformación al ser sometida a cargas pesadas durante cierto tiempo. Degradación de la madera Es provocada por un conjunto de efectos producidos por agentes que destruyen la madera de distintas formas y por diferentes motivos. Se dividen en dos grandes grupos. Según hayan sido producidos por organismos vivos, y que entonces se conocen como Bióticos, mientras que si los que los provocan son agentes de tipo natural e inanimado se denominan Abióticos. POLIAMIDA Una poliamida es un tipo de polímero que contiene enlaces de tipo amida. Las poliamidas se pueden encontrar en la naturaleza, como la lana o la seda, y también ser sintéticas, como el nailon o el Kevlar. Las poliamidas como el nailon se comenzaron a emplear como fibras sintéticas, aunque han terminado por emplearse en la fabricación de cualquier material plástico. Las aramidas son un tipo de poliamidas en las que hay grupos aromáticos formando parte de su estructura. Por ejemplo, se obtienen fibras muy resistentes a la tracción o fibras también muy resistentes al fuego. Las poliamidas se pueden aditivar con fibra de vidrio, molibdeno, grafito, teflón; con ello conseguimos aumentar la resistencia a la fricción, al calor, aumentar el impacto, estabilidad dimensiona. También los podemos encontrar ignífugas. Las poliamidas son materiales versátiles que se utilizan en numerosas aplicaciones; automoción, equipos industriales, maquinaria, engranajes, soportes, y en general en piezas que sufran mecánicamente. Características Rango de temperatura de trabajo -40ºC +90ºC. Alta resistencia mecánica. Buena resistencia a la fatiga. Alto poder amortiguador. Buenas propiedades de deslizamiento. Resistencia sobresaliente al desgaste. PLÁSTICOS Los plásticos están formados por grandes moléculas unidas entre sí por fuerzas de enlace potentes, así todos los plásticos se caracterizan por tener elevados pesos moleculares. Los plásticos se obtienen por polimerización, proceso que consiste en enlazar mediante reacciones un cierto número de moléculas o monómeros para producir un polímero. Podemos imaginar un plástico como un ovillo de lana formado por muchos hilos individuales. Los monómeros son compuestos químicos en los que los átomos de carbono están unidos por un doble enlace. Los plásticos presentan características de solido a elástico como de líquido viscoso, es decir que tienen un comportamiento viscoelástico. Según su origen pueden ser: Polímeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas, caucho natural, ácidos nucleicos, etc. Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc. Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc. CONCLUSIONES La industrialización de los materiales considerados básicamente puros y la tecnología han hecho que se pueda evolucionar el aprovechamiento de productos naturales o derivados hasta la obtención de materiales sintéticos. En la actualidad el conocimiento y la ciencia permite el desarrollo de nuevos materiales en mucho menor tiempo y a costos más baratos, la gran cantidad de nuevos materiales ha aumentado la comodidad y mejorado las comunicaciones, el transporte, la salud y la calidad de vida. RECOMENDACIONES Leer detenidamente la información y analizar cada una de las clases de materiales, conocer su composición para el correcto uso y manejo de los mismos. Sería importante que al conocer los elementos que lo conforman podamos darnos cuenta que así como se fabrican toneladas de materiales tóxicos también sepamos como desecharlos sin contaminar ni dañar el ambiente. También cuidar y proteger los objetos hechos en cerámica forman parte de muchas culturas del mundo y resultan significativos a la hora de reconstruir las costumbres de una civilización ya desaparecida, como sucede con las civilizaciones precolombinas ya que estos son parte de nuestra historia y son los primeros materiales que uso el hombre. BIBLIOGRAFIA González-Viñas, Wenceslao, and Mancini, Héctor L.. Ciencia de los materiales. España: Editorial Ariel, 2003. ProQuest ebrary. Web. 10 April 2017. Blázquez Martínez, Víctor M., Lorenzo Esteban, Vicente, and Río López, Benito del. Ingeniería y ciencia de los materiales metálicos. Madrid, ES: Dextra Editorial, 2014. ProQuest ebrary. Web. 11 April 2017. Shackelford James. Introducción a la ciencia de los materiales para ingenieros. Biblioteca UTC Sanchez María Elena; Campos Iván Enrique. Tecnología de Materiales metálicos. México, Mx: Trillas Editorial, 2010. Biblioteca UTC
Report "metrologia, instrumentos de medicion y ciencia de los materiales"