FACULTAD: Ingeniería Industrial, Sistemas e Informática

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL: Ingeniería Industrial

APELLIDOS Y NOMBRES: Talledo Cherres, Luis Eduardo Díaz Trinidad, Darwin Muguruza Maguiña, SergioCURSO: Ingeniera de Materiales

DOCENTE: Laos Bernal,

CICLO: IVTRABAJO DE INVESTIGACIÓN

obtención de materiales

INTRODUCCION

En líneas generales, se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se

pueda emplear para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un

material que cumpla unas características determinadas.

Pro ellos los ingenieros y diseñadores necesitan calcular las ventajas e inconvenientes

de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que mejor se adapte a las

necesidades requeridas.

Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras; sus

propiedades sensoriales, ópticas, térmicas, magnéticas, químicas, mecánicas, etcétera.

La elección de un material se debe hacer cuidadosamente desde el punto de vista de sus

propiedades, dependiendo de la aplicación a la que se destine.

Es necesario conocer los tipos de materiales susceptibles de ser empleados. El ser

humano viene utilizando diversos materiales desde épocas ancestrales, aprovechando

los recursos disponibles de su entorno, como madera, arcilla, metales, etcétera. Para

designar las edades prehistóricas los historiadores utilizan el nombre del material que se

usaba predominantemente en ellas.

Así tenemos: materiales naturales que constituyen los materiales básicos para fabricar

los demás productos. En ocasiones estos recursos son limitados y se pueden agotar. Son

naturales la madera, la lana, el esparto, la arcilla, el oro, etc.

Materiales artificiales son aquellos que se obtienen a partir de otros materiales que se

encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa. Son artificiales el

hormigón y los bloques de hormigón.

Y los materiales sintéticos que están fabricados por el hombre a partir de materiales

artificiales. El ejemplo más característico lo constituyen los plásticos, como la baquelita,

que se obtiene a partir de dos materiales artificiales: formol y fenol.

1. LOS POLÍMEROS

1.1. OBTENCIÓN

La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos

básicos: obtención de las materias primas, síntesis del polímero básico,

obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente y moldeo o

deformación del plástico hasta su forma definitiva

1.1.1. Materias primas:  En un principio, la mayoría de los plásticos se

fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del

algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y

derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los

materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del

nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el

nailon 11 se fabrica todavía con semillas de ricino, la mayoría de los

plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas

derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante,

dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están

investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del

carbón.

1.1.2. Síntesis del polímero:  El primer paso en la fabricación de un plástico es

la polimerización. Como se comentaba anteriormente, los dos métodos

básicos de polimerización son las reacciones de condensación y las de

adición. Estos métodos pueden llevarse a cabo de varias maneras. En la

polimerización en masa se polimeriza sólo el monómero, por lo general

en una fase gaseosa o líquida, si bien se realizan también algunas

polimerizaciones en estado sólido. Mediante la polimerización en

disolución se forma una emulsión que se coagula seguidamente. En la

polimerización por interface los monómeros se disuelven en dos líquidos

inmiscibles y la polimerización tiene lugar en la interface entre los dos

líquidos.

1.1.3. Aditivos:  Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguir

una propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el

polímero de degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono.

De una forma parecida, los estabilizadores lo protegen de la intemperie.

Los plastificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes

reducen la fricción y los pigmentos colorean los plásticos. Algunas

sustancias ignífugas y antiestáticas se utilizan también como aditivos.

Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que

implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de

vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materiales

compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por

lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, compuestas de

plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.

1.1.4. Forma y acabado:  Las técnicas empleadas para conseguir la forma final

y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo,

temperatura y deformación. La naturaleza de muchos de estos procesos

es cíclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos o

semicontínuos. Una de las operaciones más comunes es la extrusión. Una

máquina de extrusión consiste en un aparato que bombea el plástico a

través de un molde con la forma deseada. Los productos extrusionados,

como por ejemplo los tubos, tienen una sección con forma regular. La

máquina de extrusión también realiza otras operaciones, como moldeo

por soplado o moldeo por inyección.  Otros procesos utilizados son el

moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al plástico a adoptar

una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el que un pistón

introduce el plástico fundido a presión en un molde

1.2. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS

1.2.1. Densidad: el rango de densidades de los plásticos es relativamente bajo.

Una densidad tan baja permite que los plásticos sean materiales fáciles

de manejar y por otra parte, supone una gran ventaja en el diseño de

piezas en las que el peso es una limitación.

1.2.2. Conductividad térmica: su valor de los plásticos es sumamente

pequeño. La conductividad térmica de los plásticos son 2000 veces

menor que los metales, esto se debe a la ausencia de electrones libres en

el material plástico.

1.2.3. Conductividad eléctrica: igualmente los plásticos conducen mal la

corriente eléctrica, presentan resistencias muy elevadas, y por tanto, baja

conductividad eléctrica. Gracias a su elevada resistencia eléctrica los

polímeros se utilizan frecuentemente como aislantes eléctricos de

aparatos y conductores que funcionan con corrientes o la transportan.

1.2.4. Visco elasticidad: comportamiento mecánico enteramente dominado

por su carácter visco elástico. Presentan características de líquidos y de

sólidos.

1.3. PROPIEDADES MECÁNICAS

1.3.1. Plasticidad: fenómeno que muestran ciertos materiales que se

comportan como solidos elásticos almacenando una cierta cantidad de

energía cuando son sometidos a esfuerzos menores, mientras con un

esfuerzo superior se deforman continuamente como un fluido.

1.3.2. la resistencia al impacto: por encima de la temperatura de transición

vítrea (Tg) son mucho más plásticos (menos frágiles), por lo que pueden

soportar mejor los golpes sin romperse.

1.3.3. La fatiga: ya que los polímeros pueden experimentar fallos en

condiciones de esfuerzos cíclico.

1.3.4. La resistencia a la torsión: es la energía requerida para torcer una

probeta normalizada y está relacionada con la resistencia a la tracción.

1.4. APLICACIONES DE LOS POLIMEROS

Se utilizan principalmente como elastómeros o materiales de sellado pero

tienen muchos otros usos. En principio se pueden destacar dos grandes

grupos: aplicaciones médicas y no médicas.

Así, diferentes siliconas se usan como prótesis, órganos artificiales,

reconstrucción facial, tubos y catéteres, piel artificial y lentes de

contacto.

Estas aplicaciones se basan en las propiedades mencionadas

anteriormente y depende de la forma en que se encuentre el polímero. En

estado casi líquido se emplea como fluidos dieléctricos, hidráulicos y

fluidos para transferencia de calor.

En forma de elastómeros se utilizan como gomas de altas prestaciones o

membranas flexibles. En forma de grasas o emulsiones semisólidas para

sellado por curación o como aislantes eléctricos.

En forma de resinas adhesivas se emplea como repelentes de agua,

agente anti-espumante, recubrimientos protectores en general.

Requerimiento de diseño Aplicaciones Plásticos

Resistencias mecánicasEngranes, levas, rodillos,

impulsores, pistones, aspas de ventilador.

Acetal, nylon, fenólicos, policarbonatos.

Funcional y decorativoManijas, perillas, carcazas de

cámaras y de baterías, molduras decorativas,

acoplamientos para tuberías.

ABS, acrílicos, celulósico, fenólicos, polietileno,

polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo.

Carcazas y formas huecas

Herramientas eléctricas, bombas, carcazas, cascos deportivos, aparatos de

teléfono.

ABS, celulósico, fenólicos, policarbonatos, polietileno, polipropileno, poliestireno.

Funcional y transparenteLentes, vidrios de seguridad, equipo de procesamiento de

alimentos, equipo de laboratorio.

Acrílicos, policarbonatos, poliestireno, polisulfonas.

Resistencia al desgasteEngranes, tiras y

recubrimientos contra el desgaste, cojinetes, bujes,

ruedas de patín.

Acetales, nylon, fenólicos, poliimidas, poliuretano.

2. LOS CERÁMICOS

2.1. OBTENCION:

Los cerámicos provienen principalmente del proceso de la arcilla, para ellos

el proceso de obtención es:

2.1.1. Extraccion : las canteras de arcilla, tambien llamado barreros, suelen

estar cerca de las fabricas que son explotaciones a cielo abierto y la

extraccion se realaiza por medios mecanicos. Es necesario quetar una

capa de materila no apto para la fabricacion de ladrillos.

2.1.2. Preparacion de pasta : la arcilla extraida en la catera haya que

convertiral en una masa adecuada para la opercacion demoldeo en forma

de ladrillos, tejas, tubos, bloques. Para proceder al moldeo tiene que

cumplio ciertas condiciones:

Depurado: indispensable que no contenga cal, sales solubles, que

puedan producir perturbaciones en posteriores tratamientos.

Estado de division: reduccion de pequeños fragmentos.

Homogeniedad de la pasta: las distintas clases de arcillas y

desengrasantes han de mezclase intimamente.

Cantidad de agua: elegiada según el metodo de moldeo.

2.1.3. Amasado y mezclado : consiste en conseguir una perfecta

homogenizacion de la meteria prima, es decir de las diversas arcillas que

se van a utilizar, de éstas con los desgrasantes se mezcaln con el agua.

Asi se usan deiversos tipos de maquinarias como: mezcladoras-

amasadoras, amazadoras dedoble eje, raspadores, laminadores, entre

otros

2.1.4. Moldeo: lo que se consigue con el moldeo es dar al producto una

configuracion. El moldeo tiene repercusion en los procesos subsiguintes

por los que debe cuidarse y controlar su correccion. Definimos distintos

tipos de moldeo:

Moldeo a mano: metodo rudimentario util para producciones a

pequeña escala, cuyo material presenta un aspecto rugoso.

Moldeo por extursion: consiste en empujar una masa de arcilla para

hacerla pasar por una boquilla formadora, para crear piezas que

tengan una seccion transversal constante.

Moldeo de prensa: cuando las piezas tiene relieves o superficies

curvas. Con el prensado, no se necesita pasar por el secado.

2.1.5. Secado: Las piezas recién moldeadas si se cocieran se romperian por lo

que hay que someterlas al proceso de secado. Consiste en la eliminacion

de la pasta de amasado, ata reducirla a un 5%. Se realiza de manera enta

y gradual, para evitar alabeos y resquebrajaminetos. Industrialmente se

utilizan camaras secaderos en donde pasa aire calinete procedente de los

hornos.

2.1.6. Coccion: cuando se cuecen las arcillas a latas tempreaturas, se producen

unas reacciones que provocan en el material una consisntecia pétrea y

una durabilidad que las hacen adecuadas para el fin que se las destina. La

temperatura en los hornos y el tipo, esta en funcion del producto final.

2.2. PROPIEDADES MECÁNICAS

2.2.1. Duros y frágiles: a temperatura ambiente debido a su enlace

iónico/covalente, este hecho supone una gran limitación en su número de

aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de

imperfecciones.

2.2.2. Deformable: a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se

permite el deslizamiento de bordes de grano

2.3. PROPIEDADES MAGNÉTICAS

2.3.1. Cerámicas ferromagnéticas: 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.

2.4. PROPIEDADES ELÉCTRICAS

2.4.1. Aislantes eléctricos: debido a que tienen una alta resistencia dieléctrica

y baja constate dieléctrica.

2.4.2. Polarización: algunos de ellos presentan otras propiedades dieléctricas

como es la facilidad de polarizarse.

2.5. PROPIEDADES TÉRMICAS

La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades

térmicas debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes.

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.

2.6. APLICACIONES DE LOS CERAMICOS

Fabricación de productos de alfarería, debido a su dureza y

resistencia al calor.

Losetas térmicas (trasbordadores espaciales), por su baja

conductividad térmica.

Fabricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento,

azulejos, baldosas, etc.), por su dureza y baja conductividad

térmica y eléctrica.

Aislantes en aparatos electrónicos.

Materiales refractarios, por su punto de fusión tan elevado.

Sirven para pulir o afilar otros materiales de menor dureza debido

a su gran dureza. Ejemplos: alúmina fundida y carburo de silicio.

Vidrio.

Abrasivos, piezas de precisión, álabes de turbina.

Instrumentos de pantalla, electrodos baterías solares.

Imanes permanentes, elementos de memoria, componentes

magnéticos.

Prótesis (dientes y huesos), equipamiento químico, catalizadores,

electrolitos, sensores gases, fibras ópticas.

Revestimientos de reactores, refractarios (para hornos),

cambiadores de calor.

3. LOS CAUCHOS

3.1. OBTENCION:

El proceso para la obtención del caucho se origina con unas semillas

generalmente de Hevea. A los 8 años de edad se pueden empezar a explotar

los árboles; el proceso es denominado “sangría”, que consiste en hacerle

unos cortes en la corteza de los que emana el látex líquido. El látex líquido

cae en unos recipientes informes, donde se solidifica, para luego ser

recolectado.

Todo el cúmulo de látex sólido pasará por un proceso en el que será cortado

en pequeños trozos, y se le aplicará un tratamiento químico que los oscurece

(henna negra, con concentración de parafenilendiamina).

Se compacta en un cubiculo móvil, dando como resultado pacas de caucho

natural, listas para convertirse en parte fundamental de neumáticos, cámaras

y demases. Luego, para darle mayor dureza y durabilidad, el caucho natural

se vulcaniza. Se hace pasar el caucho entre rodillos para así hacerlo

maleable.

Luego, se agrega el óxido de zinc como agente activante, mientras se

continúa con la mezcla hasta lograr la homogeneización.

Luego se le agrega mercaptobenzotiazol como acelerante, y azufre como

vulcanizante, mientras se continúa con la mezcla en los rodillos. Se corta al

material y se vuelve a introducir al sistema para mejorar la

homogeneización. La mezcla homohogénea resultante se llamará mezcla

maestra.

Luego, se le agrega carbonato de calcio como carga a la mezcla. También se

le agrega, como otra opción en este proceso, caolín. Así se pueden obtener

dos diferentes productos de caucho. Se continúa con los cortes y el

mezclado, y al producto homogéneo resultante se le llama mezcla final. Con

un molino de caucho se obtienen láminas grandes de este material.

Luego, estas láminas se ponen en moldes a 150º y bajo la presión de 50 k

fuerza por centímetro cuadrado durante 20 minutos, la que proporciona las

condiciones necesarias para la reacción química efectiva.

Se recortan las rebabas de las láminas, las que luego sirven de base para la

construcción de los neumáticos/forros.

3.2. PROPIEDADES MECANICAS

3.2.1. Determinación de la dureza: En los elastómeros es una característica

fundamental y está relacionada con la elasticidad del material.

Usualmente y para un mismo caucho, a menor dureza más elasticidad y

viceversa.

3.2.2. Resistencia a la tracción : resulta un índice de calidad de los

elastómeros, pese a que usualmente no se diseñan para este trabajo.

3.2.3. Alargamiento a la rotura : se expresa en porcentaje. Debe tenerse en

cuanta que en el caso de los elastómeros la relación entre el esfuerzo y la

deformación no es constante, por tal razón en los ensayos se anotan los

esfuerzos para alargamientos intermedios

3.2.4. Resistencia al envejecimiento por calor en aire: determina la

degradación de un elastómero manteniéndolo durante un cierto número

de horas a una temperatura. Indica las variaciones halladas en resistencia

a la tracción, el alargamiento a la rotura y la dureza. Hay que tener en

cuenta que una goma puede ser afectada en horas, debido a una

temperatura elevada, y puede durar años a temperatura ambiente.

3.2.5. Deformación remanente por compresión: el caucho vulcanizado es

prácticamente incomprensible y su disminución en espesor es debida a su

expansión lateral, expansión lateral que está condicionada por la

posibilidad de deslizamiento entre las placas que ejercen la compresión;

siendo distinto su comportamiento en los casos en que dichas placas

están pegadas al elastómero.

3.2.6. Resistencia al aceite : un inconveniente de los artículos de caucho es la

variación dimensional (hinchazón o contracción) y de características

mecánicas que sufre tras un contacto prolongado con líquidos y a

temperatura elevada, contacto o inmersión que puede ser una situación

de trabajo.

3.2.7. Resiliencia:  Mide la relación entre la energía restituida después de una

deformación y la energía total suministrada para producirla.

3.2.8. Histéresis: Mide la fracción de energía suministrada para la deformación

que es absorbida por el caucho y transformada en calor.

3.3. APLICACIONES DE LOS CAUCHOS

Neumáticos para coches y tubos, tacones y suelas de zapatos, juntas.

Como caucho natural.

Mangueras para aceites, gasolinas y reactivos químicos líquidos, juntas

herméticas y aros tónicos, tacones y suelas.

Alambres y cables, recubrimientos internos de tanques para productos

químicos; correas, mangueras, juntas y juntas herméticas.

Aislantes para baja temperatura, juntas herméticas, diafragmas, tubos

para usos alimentarios y médicos.

4. CONCLUSIÓNES

Lo que puedo concluir sobre este proyecto, es que durante la investigación para

poder realizar el trabajo de materiales cerámicos, me pude dar cuenta que estos

materiales son de suma importancia para nuestra vida cotidiana, ya los

materiales cerámicos son sólidos inorgánicos, no Metálicos producidos mediante

tratamiento térmico. Comparados con los metales y plásticos son duros, no

combustibles y no oxidable, también Pueden utilizarse en ambientes con

temperatura alta, corrosivos y tribológicos.

Lo que yo puedo concluir es que estos nuevos materiales, serán o son de suma

importancia para nosotros como seres humanos, ya que podrán sustituir a varios

materiales que ya conocemos, por otros que lo más probable es que sean más

duraderos, más resistentes, mucho más baratos y que no causen tanto daño al

ambiente. Como por ejemplo, tomando lo de bloques pasado seria las pilas de

combustión, las cuales a lo mejor sus precio será alto, pero no serán desechadas

ya, y no produciría contaminación, eso es lo que se debe buscar siempre, no solo

ver por nosotros mismo, si no por nuestro mundo.

También puedo decir que los materiales cerámicos son de suma importancia

conocer de ellos, por que como bien dice, son materiales del futuro los cuales

nos ayudaran en nuestra vida cotidiana de una forma más fácil, porque leyendo

un poco sobre información extra estos materiales son o pueden usados en

contracciones de casas, que es muy importante para nosotros.

Por otro lado, pienso que el desarrollo de la nanotecnología es de suma

importancia que siga aumentando, ya que si tenemos más avances, tendremos

más materiales y al haber más materiales podremos ayudar al mundo y a notos

para que no allá tanto desgaste y creo que no se desarrolla rápidamente aquí en

México porque no se brindan los suficientes espacios para estas nuevas carreras,

y los nuevos técnicos cuando son realmente buenos, se van a países

desarrollados para poder seguir creciendo ellos.

Destacamos el uso del caucho vulcanizado, usado en su mayoría en la industria

automotriz, tanto para neumáticos como para recubrimientos.

El uso del caucho en la industria también es frecuente gracias a que es repelente

al agua, aislante de la temperatura y de la electricidad.

El caucho se destaca por su enorme elasticidad, la resistencia al estiramiento y

su capacidad para conservar la flexibilidad incluso en condiciones de

temperaturas extremas.

El caucho es un auténtico producto milagro que nunca se ha podido reproducir

de manera artificial, a pesar de todos los esfuerzos realizados en este sentido.

5. ANEXOS

a) Obtención de los cerámicos

b) Cerámicos

c) Materia prima del caucho

d) Obtención del caucho

e) Polímeros comunes

f) Uso del caucho

g) Uso de los cerámicos

6. REFERENCIAS ELECTRÓNICAS

http://recursos.salonesvirtuales.com/wp-content/uploads/bloques/2012/06/

Propiedades-de-los-metales.pdf

http://www.aulatecnologia.com/ESO/TERCERO/teoria/MEtales.pdf

http://iq.ua.es/TPO/Tema1.pdf

http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema5_CM.pdf

http://www.clustermadeira.com/pdf/4_propiedades_madera.pdf

http://roble.pntic.mec.es/jprp0006/tecnologia/1eso_recursos/

unidad06_la_madera/teoria/teoria2.htm

https://cerclesbd.wordpress.com/2007/09/14/ii-cauchos-propiedades-y-

aplicaciones/

http://co.kalipedia.com/tecnologia/tema/tecnicas-basicas-obtencion- plasticos.html?x=20070822klpingtcn_42.Kes

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Callister, W. D. (2007). Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales 2. Barcelona, España: Editorial Reverté.

Schmid, S. R. (2002). Manufactura, ingeniería y tecnología, Cuarta edición . México: Pearson Educacion.