unidad 1 propiedades de los materiales

RPOPIEDADES DE LOS MATERIALESINGENIERIA UNDUSTRIAL

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UNIDAD 1: CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

INTRODUCCION.

Como todas las cosas tienen un orden y una clasificación, así también los

materiales que constituyen lo que nos rodea, se clasifican de una manera

sencilla, los cuales a su vez se combinan para formar otros nuevos materiales

o elementos que nos favorecen al formar productos que hacen mas sencilla

nuestra vida.

Por otro lado conocemos la inteligencia del hombre el cual trata de mejorar lo

que ya existe en la naturaleza, creando productos más resistentes a los ya

existentes.

En esta primera parte conocerás cómo se clasifican los materiales, en dónde

se utilizan y algunas de sus propiedades.

Esta primera parte está enfocada en los procesos industriales, en donde se

involucran algunos de los materiales, lo cual te servirá para conocer procesos

industriales y para qué se utilizan.

Aprenderás acerca de los materiales puros, de los cerámicos, de los ferrosos y

de los no ferrosos, también acerca de los materiales orgánicos y de los

inorgánicos.

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1.1 GENERALIDADES DE LOS MATERIALES

Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto.

Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han

sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos

están fabricados a base de materiales, estos se encuentran en cualquier parte

alrededor nuestro. Los más comúnmente encontrados son madera, hormigón,

ladrillo, acero, plástico, vidrio, caucho, aluminio, cobre y papel. Existen muchos

mas tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse

cuenta de ello.

La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente:

Figura 1. Clasificación de los materiales.

MATERIALES METÁLICOS:

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:

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INORGÁNICOS

ORGÁNICOS

NO FERROSOS

FERROSOS

NO METÁLICOS

METÁLICOS

MATERIALES


• Fundición de hierro gris

• Hierro maleable

• Aceros

• 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:

• Aluminio

• Cobre

• Magnesio

• Níquel

• Plomo

• Titanio

• 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).

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MATERIALES NO METÁLICOS

Materiales orgánicos: Son así considerados cuando contienen células de

vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en

líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en el

agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este

grupo son:

• Plásticos

• Productos del petróleo

• Madera

• Papel

• Hule

• Piel

Materiales inorgánicos: Son todos aquellos que no proceden de células

animales o vegetales, o relacionados con el carbón. Por lo regular se pueden

disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias

orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la

manufactura son:

• Los minerales

• El cemento

• La cerámica

• El vidrio

• El grafito (carbón mineral)

Por conveniencia, otra clasificación que se hace de los materiales de la

ingeniería es en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos, y

cerámicos.

Materiales metálicos. Estos materiales son sustancias inorgánicas que están

compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener también

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algunos elementos no metálicos, ejemplo de elementos metálicos son hierro,

cobre, aluminio, níquel y titanio mientras que como elementos no metálicos

podríamos mencionar al carbono.

Materiales cerámicos. Los materiales de cerámica, como los ladrillos, el vidrio

la loza, los aislantes y los abrasivos, tienen escasas conductividad tanto

eléctrica como térmica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son

deficientes en ductilidad, confortabilidad y resistencia al impacto.

Materiales poliméricos. En estos se incluyen el caucho (el hule), los plásticos

y muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras

moleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos

agrícolas.

Metal: cobre. Polímero.

Metal: aluminio Cerámico: vidrio.

Figura 2. Materiales más comunes utilizados en la vida cotidiana.

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1.2 MATERIALES PUROS

Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casi

nunca se encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular

estos deben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr las

características requeridas en tareas específicas. Estos procesos han requerido

del desarrollo de técnicas especiales muy elaboradas que han dado el

refinamiento necesario para cumplir con requerimientos prácticos. También

estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto que

esto puede significar varias veces el costo original del material por lo que su

estudio y perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de los

materiales y los artículos que integraran.

Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los materiales

originales en materiales útiles para el hombre requieren de estudios especiales

para lograr su mejor aplicación, desarrollo y disminución de costo. En la

ingeniería la transformación de los materiales y sus propiedades tienen un

espacio especial, ya que en casi todos los casos de ello dependerá el éxito o

fracaso del uso de un material.

Figura 3. Fundición, transformación de un material.

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Los metales al ser calentados pueden modificar su estado físico pasando por

varias etapas, las que van desde la alteración de algunas de sus propiedades

hasta el cambio de su estado sólido al líquido. El qué tan rápido o con qué

tanta energía se logra un cambio de estado en un metal dependerá de los

materiales que lo integran. Se debe recordar que casi nunca se utilizan metales

puros. A la combinación química de dos o más metales se le llama aleación y

las propiedades de las aleaciones dependen también de los metales que la

integran. Algunas de las aleaciones más utilizadas en los procesos de

manufactura son:

• Latón rojo o amarillo (cobre zinc)

• Bronce (cobre, estaño, zinc, plomo)

• Aluminio, cobre, magnesio, silicio y zinc

• Hierro, carbón, cobalto, tungsteno, vanadio, etc.

• Cobre, oro, plata

Existen tablas y normas internacionales que especifican la nomenclatura y los

componentes específicos de cada una de las diferentes aleaciones. Las

aleaciones antes señaladas son sólo algunas de las más, existen cientos más

de ellas. Una de las herramientas que nos permiten conocer de manera sencilla

y rápida algunas de las características de las aleaciones son los diagramas de

las aleaciones. Uno de los diagramas de aleaciones más conocido y utilizado

es el del Hierro y el carbono, también conocido como diagrama hierro, hierro,

carbono (HHC). Con este diagrama se pueden obtener las temperaturas de

cambio de sus estructuras cristalinas; también se pueden conocer las

temperaturas a las que se da el cambio de fase de un hierro. En función a la

cantidad de carbón que contiene el metal se puede estimar la temperatura a la

que se derretirá y a la que se volverá pastoso.

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Figura 4. Diagrama Hierro-Hierro-Carbono.

En el eje horizontal del diagrama de Hierro, hierro, carbono se ubica el

porcentaje de carbono que puede estar diluido en el hierro y en el eje vertical

se señalan las temperaturas a las que van sucediendo los cambios señalados

en el cuerpo de la gráfica. Al conocer la cantidad de carbono que tiene un

hierro se pueden estimar la temperatura a la que se debe elevar para que se

den los diferentes cambios de estructura o de estado. Por ejemplo si se tiene

un hierro con 0.4% de carbón, se deberá elevar su temperatura hasta los

723°C para que el hierro alfa y la perlita empiecen a convertirse en austenita y

ferrita. Aproximadamente a los 800°C ese mismo hierro cambiará su estructura

a hierro gamma, en donde su componente principal es la austenita, a los

1480°C empieza a fundirse y arriba de los 1520°C se ha fundido todo.

A los hierros que están debajo de 0.8% de carbón se les llama hipoeutectoides

y a aquellos que tienen más de 0.8% de carbón se llaman hipoeutectoides. El

punto eutéctico es aquel en el que se logra la máxima dilución de carbón

posible en un hierro a la menor temperatura. En caso de los hierros con carbón

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el punto eutéctico se da con 0.8% de carbón y a 723°C. Cada vez que se

rebasa una zona en la gráfica de HHC, se está cambiando de estructura en el

hierro que se está tratando.

Hierros y aceros.

De acuerdo al diagrama de hierro, hierro, carbono el hierro puede aceptar

determinadas cantidades de carbón diluidas, estas cantidades nunca son

superiores al 4%. En los casos en los que se rebasa el 4% de carbón el hierro

es de muy baja calidad.

Los hierros más utilizados en los procesos de manufactura son los siguientes:

Hierro dulce C < 0.01

Aceros C entre 0.1 y 0.2 %

Hierro fundido C > 2.0% pero < 4.0%

Algunos ejemplos de los materiales producidos con los diferentes hierros:

Fierro "puro". Por lo regular es utilizado para la generación de

aleaciones especiales.

Hierro forjado. Lámina negra o material para la formación de objetos por

medio de laminado o forja.

Acero. Materiales con requerimientos especiales de resistencia a la

tracción, fricción y tenacidad.

Hierro fundido. Artículos sin gran calidad pero con gran dureza y muy

frágiles.

PROPIEDADES DE LOS METALES

Las principales propiedades de los materiales incluyen densidad, presión de

vapor, expansión térmica, conductividad térmica, propiedades eléctricas y

magnéticas, así como las propiedades de ingeniería. En los procesos de

manufactura son de gran importancia las propiedades de ingeniería, de las que

destacan las siguientes:

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• Resistencia a la tensión

• Resistencia a la compresión

• Resistencia a la torsión

• Ductilidad

• Prueba al impacto o de durabilidad

• Dureza

Cada una de las propiedades antes señaladas requiere de un análisis

específico y detallado, lo que se da en asignaturas como las de ciencia de

materiales y resistencia de materiales.

1.3 ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSAS

Las aleaciones de ingeniería pueden dividirse en dos tipos: ferrosas y no

ferrosas.

Las aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de aleación,

mientras que las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro. Los

aceros que son aleaciones ferrosas, son las más importantes principalmente

por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus

propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de los aceros al carbono

pueden variar considerablemente por trabajo en frío y recocido. Cuando el

contenido de carbono de los aceros se incrementa por encima de 0.3%,

pueden ser tratados térmicamente por temple y revenido para conseguir

resistencia con una razonable ductilidad. Los elementos de aleación tales como

el níquel, cromo y molibdeno se añaden a los aceros al carbono para producir

aceros de baja aleación. Los aceros de baja aleación presentan buena

combinación de alta resistencia y tenacidad, y son de aplicación común en la

industria de automóviles para usos como engranajes y ejes.

Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas

principalmente por su ligereza, endurecibilidad por deformación, resistencia a la

corrosión y su precio relativamente bajo. El cobre no aleado se usa en

abundancia por su conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, buen

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procesado y costo relativamente bajo, el cobre se alea con el cinc para formar

unas serie de latones que tienen mayor resistencia que el cobre sin alear.

Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de

su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un acero

inoxidable debe contener al menos 12% de cromo.

Los hierros para fundición son otra familia industrialmente importante de las

aleaciones ferrosas. Son de bajo costo y tienen propiedades especiales tales

como un buena moldeabilidad, resistencia a la corrosión, al choque térmico, al

desgaste y durabilidad. La fundición gris tiene un alta maquinabilidad y

capacidad de amortiguamiento de vibraciones, debido a las hojuelas de grafito

en su estructura.

Otras aleaciones no ferrosas son las de magnesio, titanio y níquel. Las de

magnesio son excepcionalmente ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales.

Las aleaciones de titanio son caras, pero tienen una combinación de

resistencia y ligereza que no es asequible para cualquier otro sistema de

aleación y por esta razón se usan ampliamente en las piezas estructurales de

los aviones. Las aleaciones de níquel presentan una gran resistencia a la

corrosión y oxidación y son por tanto son usadas comúnmente en los procesos

industriales químicos y de petróleos. Con la mezcla de níquel, cobalto y cromo

se forma la base para las superaleaciones de níquel, necesarias para las

turbinas de gas de aviones de propulsión a chorro y algunas baterías eléctricas.

Casi todos los tratamientos térmicos de un acero tienen como fin originar una

mezcla ferrita y de cementita. Existen tratamientos térmicos simples y son:

Recocido intermedio: Se lleva a cabo a baja temperatura (80°C a 170°C bajo

cero), sirve para eliminar el efecto de deformación en frío en los aceros.

Recocido normalizado: Produce una perlita fina con mayor resistencia

mecánica, el recocido hace que el acero se enfríe dando perlita gruesa y el

normalizado provoca que el acero se enfríe más rápido y produce perlita fina.

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Esferoidización: Transforma partículas esféricas grandes con el fin de acortar la

superficie de bordes, para después producir las propiedades que se requieren

en el acero.

Los tratamientos térmicos isotérmicos son:

Revenido en la fase austenítica y recocido isotérmico: El primero se usa para

producir bainita, esto se logra con la austenitización del acero a cierta

temperatura y el recocido isotérmico consiste en la austentización con un

enfriamiento veloz para que la austenita se convierta en perlita.

Tratamientos térmicos de templado y revenido.

Austenita retenida: Es la austenita que queda atrapada en la estructura, no

logra transformarse en martensita durante el tratamiento de templado en razón

de la expansión volumétrica asociada con la reacción.

Esfuerzos residuales y agrietamientos: Los esfuerzos residuales se crean con

el cambio de volumen, si estos esfuerzos rebasan el límite elástico aparecen

grietas de templado, el fin de esto es transformar acero en martensita.

Rapidez de templado: Es la velocidad a la que se enfría el acero, esto depende

de la temperatura y de las características térmicas del medio usado para el

temple.

Templabilidad: Es la facilidad con la que se transforma acero en martensita, la

templabilidad no se refiere a la dureza del acero.

Aceros especiales.

Aceros para herramientas: Mediante un tratamiento térmico de templado y

revenido obtienen gran dureza y en su mayoría son al alto carbono. Se aplican

en donde se necesite una combinación de gran resistencia, dureza, tenacidad y

resistencia a la temperatura, también en herramientas de corte para

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operaciones de maquinado. La templabilidad y estabilidad a alta temperatura

de los aceros para herramientas son mejoradas por los elementos de aleación.

Aceros de fase dual: Tiene ferrita y martensita dispersa uniformemente, lo que

crea límites elásticos, como son a bajo carbono, no tienen los elementos de

aleación necesarios para una buena templabilidad, pero en el proceso de

templado al calentar austenita eleva el carbono y se transforma en martensita.

Aceros níquel, de carbono, muy bajo: Para producir una martensita blanda son

templados y austentizados. Muchos se recubren para tener protección contra la

corrosión, están altamente aleados.

Tratamientos de superficies.

Mediante estos tratamientos se producen estructuras duras y resistentes en la

superficie, resistente a la fatiga y al desgaste.

Calentamiento selectivo de la superficie: Se calienta la superficie del acero, ya

que esta templada la superficie será de martensita, la profundidad de la

martensita es la profundidad de cementado. Se puede endurecer solo ciertas

áreas, es más fácil en aquellas zonas fatigadas o desgastadas.

Carburizado y nitruración: En el carburizado a cierta temperatura se difunde el

carbono desde la superficie, esta tendrá un alto nivel de carbono al ser

templado y revenido la superficie cambia a martensita de alto carbono. En la

nitruración el nitrógeno se difunde en la superficie a partir de un gas. En estos

dos procesos se produce esfuerzo residual a la compresión en la superficie.

Soldabilidad del acero: En el proceso de soldadura el acero a cierta

temperatura se transforma en austenita, un acero originalmente templado y

revenido presenta problemas en la soldadura, por esto es que no se debería

soldar.

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Aceros inoxidables

Aceros inoxidables ferríticos: Tienen buena resistencia mecánica, tienen

estructura CC, ductilidad moderada, son resistentes a la corrosión,

conformabilidad aceptable.

Aceros inoxidables martensíticos: Bajas en cromo, esto permite que varíe el

nivel de carbono, lo que produce martensita con diferentes durezas. Al

combinar dureza, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, genera un

material de muy alta calidad.

Aceros inoxidables austeníticos: La austenita tiene como estabilizador al níquel,

este hace que crezca el tamaño del campo de austenita y casi elimina la ferrita,

prácticamente todo es de austenita. Tienen buena ductilidad, conformabilidad y

resistencia a la corrosión. No son ferromagnéticos.

Aceros inoxidables endurecidos por precipitación (PH): Por el calentado y

templado se obtienen buenas propiedades mecánicas con bajos contenidos de

carbono. Le deben sus propiedades al endurecimiento por solución sólida, por

envejecimiento, etc.

Aceros inoxidables dúplex: En su estructura tiene mezclas de fases, se

obtienen con un control justo de la composición y el tratamiento térmico con la

mitad de ferrita y austenita. Sus propiedades son: resistencia a la corrosión,

conformabilidad y soldabilidad.

Transformaciones de fase en los hierros fundidos.

Las fundiciones o hierros fundidos son aleaciones hierro-carbono-silicio que

típicamente contiene de 2% a 4% de C y de 0.5% a 3% de Si y que durante su

solidificación experimentan la reacción eutéctica.

Existen 5 tipos de fundiciones:

Fundición gris

Fundición blanca

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Fundición maleable

Fundición dúctil o esferoidal

Fundición de grafito compacto

La reacción eutética en los hierros fundidos Fe-C A 1140°C es: L y + Fe3 C. Si

se produce un hierro fundido utilizando solo aleaciones H-C esta reacción

produce hierro fundido blanco. Cuando ocurre la reacción eutética estable L y +

Grafito a 1146°C se forma la fundición gris, la dúctil o de grafito. En las

aleaciones Fe-C el líquido se sobreenfría fácilmente 6°C formándose hierro

blanco. Al agregar aproximadamente 2% de silicio, el grafito eutético se nuclea

y crece. Elementos como el cromo y el bismuto tienen un efecto opuesto y

promueven la fundición blanca. El silicio también reduce la cantidad de carbono

contenido en el eutético.

Características y producción de las fundiciones.

Fundición gris: Tiene celdas eutécticas de grafito en hojuelas interconectadas.

La inoculación coopera a crear celdas eutécticas más chicas, para mejorar la

resistencia. Se produce resistencia a la tensión baja, esto es por las grandes

hojuelas de grafito. Se pueden conseguir la resistencia mayor reduciendo el

equivalente de carbono por medio de la aleación o tratamiento térmico. Sus

propiedades son: alta resistencia a la compresión, resistencia a la fatiga

térmica y amortiguamiento contra la vibración.

Fundición blanca: Se utilizan hierros fundidos blancos por su dureza y

resistencia al desgaste por abrasión. Se puede producir martensita durante el

tratamiento térmico.

Fundición maleable: Se crea al intentar térmicamente la fundición blanca no

aleada, a partir de la fundición blanca se producen dos tipos de fundición

maleable: Fundición maleable férrica se consigue enfriando la pieza fundida y

así se llega a la segunda etapa de grafitización, esta fundición tiene buena

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tenacidad, la fundición maleable perlita se crea al enfriar la austenita al aire o

en aceite para así formar pelita o martensita.

Fundición dúctil o nodular: Para esta fundición se requiere grafito esferoidal,

para crear este metal se siguen los siguientes pasos:

Desulfurización: El azufre provoca que el grafito crezca en forma de hojuelas, al

fundir en hornos que en la fusión eliminen el azufre del hierro.

Nodulación: Se aplica magnesio, este elimina cualquier azufre y oxigeno que

haya quedado en el metal. De no ser vaciado el hierro después de la

nodulación, el hierro se convierte en fundición gris.

Inoculación: Un estabilizador eficaz de carburos es el magnesio y hace que en

la solidificación se forme la fundición blanca. Después de la nodulación se debe

inocular el hierro.

Hierro de grafito compacto. La forma de grafito es intermedia entre hojuelas y

esferoidal. El grafito compacto da resistencia mecánica y ductilidad y el metal

conserva una buena conductividad térmica y propiedades de absorción de la

vibración.

La base de las aleaciones ferrosas son aleaciones de Hierro y Carbono.

Se muestra el diagrama de fases de la aleación Fierro Carbono, que muestra

en el eje vertical la temperatura y en el eje horizontal la composición química.

En el extremo izquierdo se encuentra la composición 100% Fe y 0% C y en el

extremo derecho se encuentra la composición 100% C y 0% Fe. En la figura se

muestra solamente hasta 5% C y 95% Fe por ser la zona de mayor interés ya

que contiene los aceros y las fundiciones de mayor uso.

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Figura 5. Diagrama de equilibrio estable de aleación Fierro-Carbono.

Este verdadero mapa de ordenamientos cristalinos nos muestra cómo el metal

al solidificar se dispone en diversas formas. Al variar la temperatura, los

cristales ganan o pierden energía y buscan una nueva ordenación tratando

siempre de permanecer estables.

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1.4 MATERIALES ORGANICOS E INORGANICOS

MATERIALES ORGANICOS

Se les denomina así cuando contienen células animales o vegetales. Estos

materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como los

alcoholes y los tretracloruros, no se disuelven en agua y no soportan altas

temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son: plásticos

productos del petróleo: gasolina y queroseno, madera, papel, hule, piel.

¿Qué son los aditivos alimentarios y por qué son necesarios? “cualquier

sustancia, que normalmente no se consuma como alimento en sí, ni se use

como ingrediente característico en la alimentación. Algunos aditivos

alimentarios ayudan a mantener los alimentos frescos y saludables.

Antioxidantes: Evitan la oxidación de los alimentos e impiden el enranciamiento

y la decoloración. Se usan en: productos horneados, cereales, grasas y

aceites, y en aderezos para ensaladas.

Conservantes: Limitan, retardan o previenen la proliferación de

microorganismos.

Ej. bacterias, levadura, hongos, que están presentes en los alimentos.

El dióxido de azufre y los sulfitos. ayudan a evitar los cambios de color

en frutas y verduras secas.

Propionato cálcico. evita que salga moho en el pan y en alimentos

horneados.

Nitratos y nitritos (sales potásicas y sódicas) se utilizan como

conservantes en el procesamiento de carnes, como el jamón y las

salchichas.

Los polímeros provienen del petróleo. Un 4% se convierte en plástico después

de un proceso de “cracking” y “reforming”, se tienen las moléculas simples:

etileno y benceno son moléculas lineales o ramificadas, formadas por la

repetición de grupos funcionales (monómeros) que se componen de C,H,O,N

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Proteínas Macromoléculas de alto peso molecular formadas por cientos de

unidades de aminoácidos unidos por un enlace llamado peptirico. Ejemplos:

Albumina (proteína del huevo) Gelatina (extraída de uniones de Queratina

(cabello y uñas).

Figura 6. Plásticos, ejemplos de polímeros

POLÍMEROS NATURALES

ENZIMAS: Proteínas cuya función es de catalizador (acelera o retrasa una

reacción) es de vital importancia para todos los sistemas vivos Ejemplos:

Ureaza (encima que actúa sobre la urea que es un producto de deshecho de

metabolización) Pepsina, Tripsina (actúa en el proceso de digestión.

HORMONAS: substancias químicas producidas por el organismo para controlar

numerosas funciones corporales.

MATERIALES INORGÁNICOS

Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales, o

relacionados con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en

general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los

materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:

• Los minerales

• El cemento

• La cerámica

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• El vidrio

• El grafito (carbón mineral)

1.5 MATERIALES CERAMICOS

La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita

significa quemar. En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus

formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los

materiales inorgánicos no metálicos. Desde la década de los 50′s en adelante,

los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en

alfarería, ladrillos, azulejos y similares, junto con el cemento y el vidrio. El arte

tradicional de la cerámica se describe en alfarería. También puede buscarse la

historia del rakú, singular técnica milenaria oriental.

Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El

estudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar

estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer

usos no tradicionales.

La clasificación de los materiales cerámicos es:

Materiales cerámicos tradicionales:

Arcilla

Sílice

Feldespato

Materiales cerámicos de uso especifico en ingeniería:

Oxido de aluminio

Carburo de silicio

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Nitruro de silicio

Ejemplos de materiales cerámicos:

• Nituro de silicio (Si 3 N 4), utilizado como polvo abrasivo.

• Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas de

tanques.

• Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y

como material refractario.

• Diboruro de magnesio (Mg B 2), es un superconductor no convencional.

• Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor.

• Ferrita (Fe 3 O 4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en

núcleos de memorias magnéticas.

• Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.

• Ladrillos, utilizados en construcción

• Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares

• Óxido de itrio, bario y cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7), superconductor de alta

temperatura.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA CERÁMICA

Los materiales cerámicos son generalmente iónicos o vidriosos. Casi siempre

se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que

tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones

microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo

la resistencia a los esfuerzos mencionados.

Estos materiales muestran deformaciones plásticas. Sin embargo, debido a la

rigidez de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas de

deslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre de

forma muy lenta. Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosa

es la principal causa de la deformación plástica, y también es muy lenta. Aún

así, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cerámicos.

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Tienen elevada resistencia a la compresión y son capaces de operar en

temperaturas altas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado

como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.

PROCESADO DE MATERIALES CERÁMICOS

Las cerámicas no cristalinas (vidriosas) suelen ser formadas de fundiciones. El

vidrio es formado por cualquiera de los siguientes métodos: soplado, prensado,

laminado, estirado, colado o flotado.

Los materiales cerámicos cristalinos no son susceptibles de un variado rango

de procesado. Los métodos empleados para su manejo tienden a fallar en una

de dos categorías -hacer cerámica en la forma deseada, pro reacción in situ, o

por formación de polvos en la forma deseada, y luego sinterizados para formar

un cuerpo sólido. Algunos métodos usados son un híbrido de los dos métodos

mencionados.

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ACTIVIDAD 1.

FORMACION DE OXIDOS METALICOS (BASICOS)

OBJETIVO: Que el alumno conozca que son los óxidos a través de la

obtención de ellos.

MATERIAL:

5cm de cinta de

magnesio 1º ml de agua caliente

1 pinzas para crisol 1 agitador

1 mechero de bunsen 1 cápsula de porcelana

PROCEDIMIENTO:

a) Cortar aproximadamente 5cm de cinta de magnesio. Sujetar la cinta por un

extremo con unas pinzas para crisol.

b) encender el mechero y quemar con cuidado el extremo de la cinta metálica,

retirando la flama cuando empiece la combustión, procurando no perder el

producto formado.

c) Cuando termina de arder la cinta, depositar el residuo obtenido en una

capsula de porcelana que contenga 10ml de agua caliente. Agitar repetidas

veces con un agitador de vidrio hasta lograr la disolución.

Anotar las observaciones.

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ACTIVIDAD 2.

FORMACION DE ÓXIDOS NO METÁLICOS (ANHÍDRIDOS)

OBJETIVO: Que el alumno logre formar un óxido no metálico para entender

mejor su clasificación.

MATERIAL:

1 cucharilla de

combustión1 gr de azufre

1 mechero de bunsen 20 ml de agua fría

1 matraz elermeyer

PROCEDIMIENTO:

a) en una cucharilla de combustión colocar un gramo de azufre de polvo.

b) calentar la cucharilla a la flama del mechero hasta que se álfame. Retirar de

la flama.

c) sin interrumpir la combustión introducir la cucharilla a un matraz elermeyer

que contenga 20ml de agua fría.

d) cuando termine la combustión sacar la cucharilla, tapar y agitar

vigorosamente hasta que el gas en el matraz se haya disuelto por completo en

el agua.

Anotar las

observaciones._____________________________________________

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ACTIVIDAD 3

“OBTENCION DE UN METAL Y DE UN NO METAL”

OBJETIVO: que el alumno comprenda que es un metal y que es un no metal

identificando la obtención de uno de ellos.

MATERIAL:

Carbón vegetal Mortero

1 tubo de ensayo

2gr de oxido de plomo Capsula de porcelana1 tapón

250mg de carbonato de

sodioPinzas de crisol

0.2gr de dióxido de

magnesio

agua Mechero de bunsen5ml de peróxido de

hidrogeno

1 pañuelo Vaso de precipitado Pinzas de disección

PROCEDIMIENTO:

a) Moler un pequeño trozo de carbón vegetal de 1.5 cm; en un mortero.

b) Por otra parte, mezclar en una capsula de porcelana 2 g de óxido de plomo

con la mitad de carbono y 250mg de carbonato de sodio en polvo. Agregar dos

o tres gotas de agua para formar una pasta.

c) Practicar un orificio en la parte central del trozo de carbono de 2.5cm de

diámetro y de 1.0 a 0.5 cm de profundidad. Colocar en este orificio la pasta;

tomar el trozo de carbón, así preparado con las pinzas de crisol y calentar con

la flama reductora del mechero. Iniciando con un calentamiento suave

alrededor del orificio y después hacia el centro, debe prolongarse hasta la

formación de un anillo amarillo y la aparición de unas gotas plateadas. Dejar

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enfriar por un espacio de 15-30 minutos. Verter el metal aun fundido a un vaso

de precipitado que contenga agua. Utilizando las pinzas de disección sacar el

metal y frotar con un paño limpio.

Anotar las observaciones.

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OBTENCION DE UN ELEMENTO NO METALICO: OXIGENO.

PROCEDIMIENTO:

Colocar en un tubo de ensayo 5ml de peróxido de hidrogeno. Agregar .2g de

dióxido de manganeso en polvo. Tapar con un tapón de desprendimiento.

Acercar el extremo de este a una astilla de madera con un punto de ignición.

Observar lo que ocurre y anotar los datos.

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unidad 1 propiedades de los materiales

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