PROBLEMAS EN LA SELECCIÓN DE MATERIALES YDISEÑO 1. Considere el componente habitual de una bombilla en casa: a) identifique varios componentes críticos de este elemento, b) determine el material seleccionado para cada componente crítico y c) diseñe un procedimiento para montar la bombilla. a) -Capa exterior del cristal del bombillo -Gas inerte a baja presión (argón, neón, nitrógeno) -Filamento de wolframio -Alambre de Contacto -Tronco (hecho de cristal) -Tapa (casquillo) -Aislante de Vidrio -Contacto eléctrico b) - Vidrio del bombillo y Tronco: El vidrio se obtiene por fusión a unos 1.500 ºC de arena de silicio, carbonato de sodio y caliza. - Alambres de contacto: Cable de algún metal conductor eléctrico, el más común es el cable de cobre. - Alambre de tungsteno: se hacen del material seleccionado de la alta calidad del molibdeno, con las características de la conductividad termal excelente, procesadas finalmente, y la duración larga. c) Se toma el bote de cristal, que va a hacer las veces de la ampolla de vidrio en la bombilla, y se realizan dos agujeros en la tapa del mismo. En ellos se van a colocar los dos tornillos convenientemente aislados de la tapa con cinta aislante, si ésta es metálica. En las puntas de los tornillos se enrolla firmemente el hilo metálico, de forma que los tornillos con el hilo permanecerán en el interior del bote una vez que éste se haya cerrado. Los otros extremos se conectan a una pila a través de cable de cobre. Se observa que al cerrar el circuito el hilo metálico se pone incandescente, llegando incluso a quemarse y romperse. Esto hace que el circuito se abra y la bombilla deje de lucir, se ha fundido a) Identifique los componentes reemplazados en la THA. b) Identifique el material o los materiales empleados en la fabricación de cada componente y las razones por las cuales se emplean. una bola ó cabeza y un vástago. que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada. comportándose como un metal. o el cuenco entero podría ser de plástico. se utiliza cemento para fijar el componente artificial al hueso c) Para que el ingeniero pueda escoger los materiales debe realizar un análisis en el cual debe detallar que material no afecta ala salud y el medio ambiente. A) Identifique los componentes críticos de un transistor de unión. acero inoxidable. Su . Normalmente.2. en consecuencia en muchas otras industrias.Emisor. c) mencione cuáles son algunos de los factores que el ingeniero de materiales debe tomar en cuenta en la selección de materiales a) La prótesis consiste en componentes de metal. cromo y titanio. una cúpula ó recipiente. B) Identifique el material empleado en la fabricación de cada componente. o aleaciones de cobalto. El plástico es polietileno que es extremadamente duradero y resistente al desgaste. a) Sus componentes son: . b) Se utilizan diversos metales. La cúpula exterior del recipiente acetabular está fabricada de metal y el interior de la cúpula de plástico. la facilidad de obtener este material por consiguiente su valor económico y sobre todo q este material debe adecuarse y soportar el medio donde será utilizado y de esta manera sea duradero 3. Se considera que los transistores han causado una revolución en la electrónica y. La artroplastia total de cadera (THA) es el procedimiento de sustitución total de una cadera dañada por una prótesis artificial. a) Para poder seleccionar los materiales los ingenieros deben tomar en cuenta los siguientes requerimientos: a. C) Las bicicletas más modernas se fabrican con materiales compuestos avanzados. Extrusionabilidad c. la intermedia. Colector. Explique por qué y mencione los materiales compuestos específicos empleados en la estructura de una bicicleta. el aluminio y el titanio se han empleado como los metales principales en la estructura de una bicicleta y determine las principales ventajas y desventajas de cada uno de ellos. Soldabilidad d. de extensión mucho mayor. Base. 4. Resistencia a los Factores Atmosféricos e. muy estrecha. Amortiguación de Vibraciones f. b) Tome en cuenta que el acero. a) Mencione los factores más importantes que se deben tomar en cuenta en la selección de materiales para el cuadro de una bicicleta de montaña. Resistencia y Comportamiento a Fatiga b.- nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga. Resistencia al Impacto y a la Abrasión g. Coste del Material b) En el siguiente claro veremos las ventajas y desventajas del acero aluminio y titanio VENTAJAS DESVENTAJAS ACERO Alta resistencia Uniformidad Durabilidad Ductilidad Tenacidad ALUMINIO Mantenimiento Sencillo No Inflamable Costo de mantenimiento Costo de la protección contra el fuego Susceptibilidad al pandeo No posee desventajas . que separa el emisor del colector. Protección frente a la perforación. . b) Los materiales usados para su fabricación son los siguientes: Materiales termoplásticos (policarbonatos. 5.).TITANIO Material Ligero Aislamiento Térmico Excepcional Aislamiento Acústico Óptimo Resistente acero inoxidable No posee desventajas c) Los materiales con los que son fabricados las bicicletas modernas son: Aceros. Poliestireno expandido (E. C) ¿Por qué un casco de metal sólido no sería una buena elección? a) El ingeniero debe tener en cuenta los siguientes criterios para seleccionar el material para el casco deportivo: Resistencia a impactos o golpes contra superficies duras (caídas o colisiones). b) Identifique los materiales que podrían satisfacer estos criterios. Aleaciones de aluminio. Permitir una ventilación adecuada. Ligereza para optimizar el desempeño deportivo. ABS. Aleaciones de titanio Aleaciones de magnesio y Fibras de carbono y se utilizan actualmente estos materiales porque son los que cumplen totalmente con los requerimientos que nombramos en la anterior respuesta. siendo machacado mientras que absorbe un impacto importante. Este material se sacrifica en un accidente. polietileno y policarbonato con fibra de vidrio).S. ligeros y se pueden diseñar aerodinámicamente. Poder moldear el material para que tenga un diseño aerodinámico. a) Mencione los criterios más importantes para seleccionar materiales que habrán de emplearse en un casco protector de uso deportivo. Son resistentes a impactos.P. 7. c) ¿Por qué las aleaciones de titanio no serían una buena elección para esta aplicación? a) Las propiedades de los materiales utilizados en el transbordador espacial son: . c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria de eléctrica? a) El cobre libre de oxígeno se produce por la conversión directa de una selección de cátodos refinados y piezas fundidas bajo condiciones cuidadosamente controladas para evitar cualquier contaminación del metal puro libre de oxígeno durante el proceso. Un casco de metal sólido significaría un exceso de peso para el deportista. c) La aleaciones son actualmente un compuesto ya utilizado en la fabricación de estos por sus propiedades de dureza parecidos al acero. es de ductilidad. buena resistencia a la . con lo cual disminuiría su rendimiento también calentaría con facilidad y aumentaría la temperatura del deportista en la cabeza lo cuales perjudicial para el deportista. b) Las propiedades de este material es que posee una buena conductividad.c) Los cascos de aleaciones metálicas ligeras no resisten bien la perforación por objetos agudos o de bordes afilados. b) ¿Cuáles son las propiedades deseables en el cobre de alta conductividad exentas de oxigeno?.Resistencia de 100 lanzamientos . pero el inconveniente más notables es el costo de este material. b) Identifique los materiales que podrían satisfacer estos criterios. alta conductividad eléctrica y térmica. a) ¿qué tipo de material es el cobre de alta conductividad exento de oxigeno (OFHC)?.Poseer un sistema de protección térmica b) El material que satisface mejor estos criterios son los cerámicos a base de óxidos. a) Determine las propiedades que debe tener el material o los materiales empleados como protección térmica en la estructura de un transbordador espacial. alta resistencia al impacto. 6. Esta carencia de reactividad hace que su toxicidad sea prácticamente nula. componentes de hardware y otherengineering.fluencia. también llamado teflón en algunas regiones. no se altera por la acción de la luz y es capaz de soportar temperaturas desde -270°C (3. c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria de fabricación de utensilios de cocina? a) El Teflón es un polímero similar al polietileno. en el que los átomos de hidrógeno han sido sustituidos por átomos flúor. aunque no se le dio salida en un principio (no se empezó a vender hasta 1946). conector. es CF2=CF2. Bajo el nombre de Teflon. las telecomunicaciones . b) Una de sus propiedades principales de este material es que es prácticamente inerte. momento en que puede empezar a agrietarse y producir vapores tóxicos. tetrafluoroeteno. Otra cualidad característica es su impermeabilidad. no reacciona con otras sustancias químicas excepto en situaciones muy especiales. c) Se utiliza en los cables de audio y ha comenzado a incursionar en el mercado del cable de vídeo. c) El PTFE tiene múltiples aplicaciones. la facilidad de la soldadura. y es. Algunas de ellas se citan a continuación: . 8. de hecho. tira de cobre libre de oxígeno ampliamente utilizado en los sectores doméstico e Industrial tornos automáticos y tornos CNC tiene protección producedeco-ambientales y de salud de seguridad.15 K) hasta 270 °C (543. manteniendo además sus cualidades en ambientes húmedos. el material con el coeficiente de rozamiento más bajo conocido. La fórmula química del monómero. Es también un gran aislante eléctrico y sumamente flexible. y la baja volatilidad en alto vacío. así. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el politetrafluoretileno? b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables?. conectores.15 K). Su cualidad más conocida es la antiadherencia. aselectronics ejemplo. Esto se debe básicamente a la protección de los átomos de flúor sobre la cadena carbonada. ya que su capacidad antifricción permite eliminar el uso de lubricantes como el Krytox.* En revestimientos de aviones. en incluso operaciones estéticas (body piercing). así como en mangueras y conductos por los que circulan productos químicos. * En utensilios de cocina. como sartenes y ollas por su capacidad de rozamiento baja. * En estructuras y elementos sometidos a ambientes corrosivos. sino que reduce el rozamiento con el interior del arma para disminuir su desgaste. * Como recubrimiento de balas perforantes. El teflón no tiene efecto en la perforación del misil. 9. b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria metalmecánica? . aprovechando que no reacciona con sustancias o tejidos y es flexible y antiadherente se utiliza para prótesis. creación de tejidos artificiales y vasos sanguíneos. * En electrónica. * En la industria se emplea en elementos articulados. * En pinturas y barnices. Un poco menos eficientes. así son fáciles de limpiar y mantiene un grado menor de toxicidad. cohetes y naves espaciales debido a las grandes diferencias de temperatura que es capaz de soportar. Los capacitores o condensadores con dieléctrico de teflón se utilizan en equipos amplificadores de sonido de alta calidad. como revestimiento de cables o dieléctrico de condensadores por su gran capacidad aislante y resistencia a la temperatura. * En medicina. les siguen los de poliester metalizado (MKP). a) ¿A qué clase de materiales pertenece el nitruro de boro cúbico (cBN)?. Son los que producen menores distorsiones de audiofrecuencias. Propiedades lubricantes . materiales electrónicos. 3. Sensible al ultravioleta.Gran conductividad térmica . b) Cada alótropo posee diferentes características: Hexagonal: . b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables?. Es ampliamente utilizado como un abrasivo para herramientas industriales. c) Por sus propiedades se usa como tejido en la construcción naval. a los disolventes orgánicos y al calor. aunque de una dureza menor a la del diamante. b) Sus Propiedades son: 1. Cúbico: . Es un material artificial extremadamente duro. recubrimientos especiales. Buena resistencia a choques. c) ¿cuáles son sus aplicaciones en las industrias del equipo deportivo? a) Aramidas son un tipo de fibra sintetica. incluyendo el Nomex y el Kevlar.a) El nitruro cúbico de boro (c-BN) pertenece al grupo de los materiales semiconductores.Es maquinable en el estado prensado en caliente . crisoles y contenedores para reacciones. vidrios o sales.Es muy resistente al ataque químico. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el arseniuro de galio (GaAs)?.Es el segundo material más duro .Es inerte a gran cantidad de compuestos químicos. Al igual que el diamante. 11. a) ¿Qué son las aramidas?. en especial para el mecanizado de aceros aleados y materiales de gran dureza. máquinas cortadoras y abrasivos. c) ¿cuáles son sus aplicaciones en las industrias electronica? . el c-BN es un aislante eléctrico y un excelente conductor del calor.Excelente resistencia al mojado . Sensible a la humedad. 10. c) Su aplicación se da e en la industria metalmecánica la cual consiste en la fabricación de aisladores eléctricos. a la abrasión. pertenecen a una familia de nylons. . El Kevlar se utiliza para hacer objetos tales como chalecos a prueba de balas y neumáticos de bicicleta resistentes a las pinchaduras. compactación isostática en caliente. moldes y barcos de evaporación. 2. b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables?.Posee además resistencia dieléctrica y es inerte ante muchos compuestos químicos. no se moja por la mayoría de metales fundidos. características de expansión térmica muy útiles y resistencia a la fatiga térmica y a la corrosión. oxidación y sulfuración). . excelente resistencia al creep. Solubilidad en agua c. transmisión y recepción por el consumidor. Tras el desarrollo por parte de programas federales. transmisión en directo por satélite (DBS). 12. sistemas de posicionamiento global (GPS) y comunicaciones móviles. resistencia a la ruptura por estrés. b) Sus propiedades a. La superaleaciones con base en níquel se emplean en la estructura de los motores de turbina de los aviones. Punto de fusión d. en el uso de radares. como redes de área localinalámbricas (WLAN). Ancho de banda prohibida a 300 K c) Sus aplicaciones para la industria se utiliza trabajar con circuitos que permitan actuar a mayores frecuencias tiene su origen en las industrias de defensa y espacial. comunicaciones seguras y sensores. Mencione las razones concretas de la idoneidad de la aplicación Los equipos deportivos que podrían beneficiarse con los materiales inteligentes serian: Ropa deportiva. Densidad y estado b. Identifique varios equipos deportivos que podrían beneficiarse con los materiales inteligentes o con la tecnología de los MEM. Las zapatillas. pronto el GaAs se extendió a los nuevos mercados comerciales. sistemas de comunicación personal (PCS).a) Pertenece al grupo de materiales de los semiconductores porque tienen conductividad eléctrica intermedia. ¿Cuáles son las propiedades principales de este metal que lo hacen deseable para esta aplicación? Porque poseen elevada resistencia a altas temperaturas. resistencia al ataque del medio ambiente (incluyendo nitruración. estabilidad metalúrgica. carbonización. 13. cambian sus propiedades eléctricas y esto da lugar a las primeras aplicaciones industriales: Biomedicina: Investigadores de universidades italianas han hecho crecer células nerviosas en sustratos. 14. tales como silicio o nitruro de boro pero. se denominan nanotubos a estructuras tubulares cuyo diámetro es del orden del nanómetro. memorias Otras aplicaciones industriales: Al agregar pequeñas cantidades de nanotubos a polímeros. almacenamiento de hidrogeno y como células solares. generalmente. Automóviles: Mangueras antiestáticas de combustible Automóviles: Partes plásticas conductoras para pintado spray electrostático Aeroespacio: Partes de aviones Packaging: Antiestático para electrónicos . el término se aplica a los nanotubos de carbono. En la electrónica son utilizados para la producción de transistores. Recientemente se desarrollo ropa con airbags su uso sería ideal en la práctica de deportes extremos como el motocross el descenso u otros. encontrado un aumento de la señal neuronal transferida entre células.La razón principal seria que estos materiales se encuentran en constante contacto con el cuerpo y que mantengan la frescura corporal del deportista y le brinden una gran comodidad como es el caso de la ropa. cubiertos por redes de nanotubos de carbono. Como los CNTs son similares en forma y tamaño a las células nerviosas pueden ayudar a reestructurar y reconectar neuronas dañadas. En electroquímica se utilizan para producir supercondesadores. ¿Qué son los nanotubos? Mencione algunos ejemplos de su aplicación a materiales Los nanotubos tienen diferentes aceptaciones en las diferentes ramas como veremos acontinuación: En química. Existen nanotubos de muchos materiales.
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