MATERIALES DE USO TÉCNICO

 

Los objetos que nos rodean están fabricados para satisfacer las necesidades del ser humano y mejorar su calidad de vida: ropa, electrodomésticos, transportes, casas, teléfonos, ordenadores, … Estos objetos se fabrican con una gran variedad de materiales cuya elección es fundamental si queremos que nuestro producto final cumpla su cometido.

Los materiales constituyen cualquier producto de uso cotidiano y desde el origen de los tiempos han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida.

Los materiales constituyen cualquier producto de uso cotidiano y desde el origen de los tiempos han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida.

Al principio, éstos se encontraban espontáneamente en la naturaleza: la madera, la piedra, el hueso, el cuerno o la piel. Más tarde se empezaron a emplear otros materiales más elaborados como la arcilla, la lana o las fibras vegetales, para llegar más tarde al empleo de los metales y las aleaciones y terminando, con la revolución industrial, con el auge del uso del acero por encima de todos los demás materiales.

Se tiene que tener la mayor información posible para que cuando debamos optar por un material, para fabricar un objeto, un útil, o una máquina, la elección sea acertada, reuniendo el material todas las características que precise.

La obtención de nuevos materiales y los procesos productivos para su transformación en productos finales es un fin de la tecnología. Para ello es necesario conocer sus orígenes, propiedades, características y comportamiento ante los distintos tipos de requerimientos.

Se han desarrollado innumerables materiales diferentes con características muy especiales para satisfacer necesidades muy concretas de nuestra compleja sociedad, metales, plásticos, vidrios y fibras. Actualmente los adelantos electrónicos más sofisticados se basan en el uso de semiconductores. Por eso, es importante conocer los tipos de materiales que podemos encontrar; sus características; saber elegir los que mejor se adapten a nuestro objeto y al sistema de fabricación que vamos a emplear; así como valorar las ventajas e inconvenientes de cada uno.

Tipos de materiales

Los materiales de uso tecnológicos pueden ser:

• Materias primas o materiales naturales
• Materiales elaborados o artificiales
• Productos tecnológicos

 

Las materias primas o materiales naturales

Son sustancias que se extraen directamente de la naturaleza, los cuales aprovecha el ser humano. Las materias primas se pueden clasificar según su origen

 

• Materias primas de origen animal: Se obtienen de diversas partes del animal como la lana, la seda, las pieles

• Materias primas de origen vegetal: Se obtienen de árboles y plantas como la madera, el corcho, el algodón, lino, …

 

• Materias primas de origen mineral: Se extraen de la corteza terrestre como los minerales metálicos, la arcilla, el petróleo, el mármol, …

 

Lana: origen animal              Algodón: origen vegetal    Petróleo: origen mineral

 

Los materiales elaborados o materiales artificiales

Son sustancias que se obtienen se obtienen a partir de las materias primas para luego construir objetos.

Los materiales elaborados no se extraen directamente de la naturaleza, se obtienen transformando materias primas. Ejemplo: El papel es un material artificial, porque se obtiene de la madera, que es una materia prima).

 

Los productos elaborados o productos tecnológicos

Tu libro y tu cuaderno, el bolígrafo con el que estás escribiendo, la silla y la mesa, tu reloj, el jersey y las zapatillas que llevas puestas…son productos elaborados.

Los productos elaborados son los objetos creados por el ser humano para resolver nuestras necesidades y mejorar nuestra calidad de vida, como, por ejemplo, una silla, un coche, un teléfono, lápiz etc. No confundas un material con un producto. Con los materiales se hacen productos.

 

 

  LA MADERA

Este material natural de origen vegetal es uno de los más usados por el hombre desde tiempos remotos. Se obtiene del interior del tronco de los árboles. La madera como material tecnológico para la fabricación de objetos requiere un proceso previo para convertirla de un ser vivo, tal y como nos lo ofrece la naturaleza en los árboles, hasta productos semielaborados que las industrias de fabricación emplearán. El proceso consta de los siguientes pasos.

Apeo o corte y poda:

Tallar es cortar el tronco y abatirlo (tirarlo). Emplean sierras mecánicas, sierras de vaivén o hachas. Se talan durante o invierno, cuando la circulación da savia es menor. Se escogen árboles en pleno desarrollo. La poda consiste en quitar las ramas mediante motosierras para dejar libre el tronco.

Transporte:
Los troncos cortados y podados se transportan al aserradero por carretera, ferrocarril o ríos.

Descortezado y tronzado:

Consiste en eliminar la corteza del tronco. Realizar en la serrería mediante una cadena de rodillos. La corteza se emplea para fabricación de papel, aglomerados, corcho (corteza del alcornoque) o como combustible. Posteriormente os troncos son cortados transversalmente en trozos iguales con sierras circulares.

Aserrado:

Consiste en aprovechar al máximo la madera cortando el tronco longitudinalmente con sierras verticales de vaivén (planas) para obtener tablas, tablones y tableros. Para obtener chapas (finas láminas de madera) se emplea la técnica del desenrollado.

Secado:

En el secado natural se apilan las maderas de manera que estén separadas del suelo y entre sí para que circule el aire entre ellas provocando la eliminación de la humedad. También puede realizarse el secado de forma artificial en secaderos industriales mediante hornos de aire caliente, lo que se conoce con el nombre de curado.

Cepillado:

Tiene como finalidad eliminar irregularidades y dar un bueno aspecto.

Distribución:
A ebanisterías, carpinterías y fábricas

• La madera se pude usar directamente, una vez cortada: Madera natural (En nuestro país las más usadas son pino, roble, chopo, nogal, fresno, olivo y castaño)
• O transformada en tableros artificiales, en los que se aprovecha los restos de madera de ramas, laterales (contrachapados, aglomerados, DM...)
• También se usa para la obtención de otros materiales como papel y cartón.

 

Formas comerciales

Tabla: Si la pieza de madera es fina.

Tablón: Cuando la tabla tiene mayor grosor.

Listón: Será el resultado de dividir a lo largo una tabla en 4, 5, piezas. Podremos tener listones circulares, cuadrados, rectangulares.

Machihembrado: Cuando la tabla tiene un saliente en un lateral con el fin de acoplarse mejor con otra tabla.

Moldura: Cuando una de las caras de la madera tiene formas curvas. Se utiliza, por ejemplo, en los marcos de las puertas o de los cuadros.

Cuando la pieza no es mucho más larga que ancha:

En este caso estaríamos hablando de un tablero.

Aplicación

La madera se utiliza para la construcción de vigas, estructuras, techos, muebles, puertas, utensilios de cocina, instrumentos musicales, producción de papel, cartón…

LOS METALES

Los metales son los elementos químicos capaces de conducir la electricidad y el calor, que exhiben un brillo característico y que, con la excepción del mercurio, resultan sólidos a temperatura normal.

La mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza formando minerales. Su obtención resulta costosa y complicada, pero de mucho interés, debido a sus importantes cualidades técnicas. El proceso de extracción y transformación de los metales se llama metalurgia.

Existe una gran variedad de materiales metálicos. Algunos se emplean en estado casi puro, como la plata, el oro o el platino. La mayoría de ellos, sin embargo, se combinan entre sí o con otros elementos formando aleaciones con las que se consigue ampliar y mejorar sus propiedades.

 

LOS METALES FÉRRICOS

Los metales férricos se obtienen de minerales como: MAGNETITA o SIDERITA. Los metales férricos son:

• Hierro puro
• Acero (Fe + (0,05 -1,6) % de C)
• Fundición (Fe+ (1,6 -6) % de C)

 

Estos minerales se trituran y se criban para separar del mismo la GANGA (parte del mineral que no tiene utilidad) de la MENA (parte útil del mineral), la MENA se introduce junto con CARBÓN y PIEDRA CALIZA en los ALTOS HORNOS donde se funde toda la mezcla obteniendo un producto llamada ARRABIO. El arrabio contiene impurezas y un alto contenido en carbono por lo que una vez afinado obtendremos directamente la FUNDICIÓN. Esta fundición afinada en un horno CONVERTIDOR dará como resultado ACERO y finalmente por ELECTRÓLISIS obtendremos HIERRO PURO.

METAL	PROPIEDADES	APLICACIONES
HIERRO	Buenas propiedades magnéticas Es frágil y difícil de mecanizar	Máquinas eléctricas y transformadores. Componentes electrónicos
FUNDICIÓN	Color negro, muy frágil y dura. Resistente a las vibraciones	Elementos con formas complicadas: radiadores antiguos, farolas, bolardo, tornillos de banco… Bancadas de máquinas y motores.
ACERO	Es el más utilizado de los metales Buenas propiedades mecánicas Es tenaz, maleable y dúctil. Aleado con Cr y Ni conseguimos aceros inoxidables. Acero con Zn en su superficie  Acero galvanizado	Perfiles de todo tipo: vigas, redondos, cuadrados, escuadras, … Herramientas, patas de mesas y sillas del aula. Vallas de protección de las carreteras. Estanterías.

Metal ferroso

	METAL	PROPIEDADES	APLICACIONES
METALES PESADOS	COBRE Cuprita	Blando,       color     rojizo     y    brillo intenso Alta       conductividad      térmica      y eléctrica Maleable y dúctil Resistente a la corrosión	Cables eléctricos e hilos de telefonía Tuberías y calderas Decoración (arquitectura y bisutería)
	LATÓN (Cu+Zn)	Color amarillento Alta resistencia a la corrosión	-       Tuberías, conexiones eléctricas y llaves
	BRONCE (Cu+ Sn)	Buena resistencia al desgaste y a la corrosión	- Campanas, estatuas y piezas de barcos
	PLOMO Galena	Muy blando y pesado, de color gris plateado Buen conductor del calor y la electricidad Tiene plasticidad y es maleable	Baterías y pilas Protector contra radiaciones Vidrio (aditivo para dar dureza)
	ESTAÑO	Muy      blando,     de    color    blanco brillante Muy maleable y dúctil No      se    oxida     a    temperatura ambiente	La hojalata (chapa de acero recubierta de estaño) Soldadura blanda (aleado con plomo)
	CINC	Color gris azulado y brillante Frágil en frío y de baja dureza	Cubiertas de edificios y cañerías Protege     el    acero     contra     la    corrosión mediante el galvanizado
	CROMO	Color blanco brillante Duro pero muy frágil Resiste a la oxidación	Aceros inoxidables (con níquel) Aceros para herramientas Objetos decorativos (cromado)
	NÍQUEL	Color blanco brillante Dúctil y maleable Resiste a la oxidación	Aceros inoxidables (con cromo) Recubrimiento           de        otros         metales (niquelado)

 

	METAL	PROPIEDADES	APLICACIONES
METALES LIGEROS	ALUMINIO Bauxita	Blando     y    de    color    blanco plateado Alta conductividad térmica y eléctrica Alta maleabilidad y ductilidad Alta resistencia a la corrosión	Líneas eléctricas de ALTA TENSIÓN Fabricación     de    aviones,     automóviles      y bicicletas Carpintería, útiles de cocina, botes de bebida, etc…
	TITANIO Rutilo	Ligero,       de      color      blanco plateado y brillante Muy duro y resistente	Industria aeroespacial Prótesis dentales Aceros muy duros
	MAGANESIO	Muy ligero y blando, de color blanco brillante Maleable y poco dúctil	Pirotecnia (reacciona con el oxígeno) Aleaciones muy ligeras

MATERIALES PÉTREOS

Los materiales pétreos utilizados como material son las rocas. Éstas son agregados de partículas minerales muy grandes y sin forma determinada que se encuentran en la naturaleza. Son ejemplos, los granitos, mármoles y pizarras. Estos son materiales muy apreciados en la construcción, por ser muy resistentes a las condiciones medioambientales, pero presentan el inconveniente de tener un costo alto.

Obtención

Los materiales pétreos se obtienen a partir de las rocas. Estas rocas se encuentran como bloques, losetas, gránulos y fragmentos de distinto tamaño. Podríamos resumir el proceso de obtención en los pasos siguientes, que en muchos casos se realizan en la misma cantera:

1.  Extracción: Las rocas se arrancan de la corteza terrestre en la cantera, con máquinas o explosiones controladas. Que se hacen en las zonas de obtención de este mismo.
2. Trituración: Se consiguen trozos homogéneos.
3. Cortado: Los bloques demasiado grandes se cortan para darles el tamaño adecuado. Así se facilita este proceso.
4. Desbaste: Las rocas se pulen.
5. Acabado: Se eliminan irregularidades que hayan podido quedar.
6. Almacenamiento: Se guardan las rocas.
7. Transporte: Las rocas se llevan hasta la fábrica transformadora.

Aplicaciones

Algunos ejemplos del uso de estos materiales incluyen el yeso, que mezclado con agua se puede utilizar en la construcción de bóvedas, tabiques, placas y moldes, así como el cemento y hormigón, que se emplean principalmente en el área de ingeniería civil o arquitectura, ya que se usan para fabricación de estructuras, columnas, elementos decorativos, etcétera.

MATERIALES CERÁMICOS

Son elementos fabricados a partir de materiales terrosos cocidos.

Bajo esta denominación están los elementos fabricados a partir de materiales terrosos cocidos. Las materias primas son arcilla (le da consistencia) o caolín (que es un tipo de arcilla muy pura y le aporta color blanco y textura fina) que, una vez moldeada, se somete a un proceso de secado y cocción posterior que le hace perder agua y convierte a estos materiales en duros pero frágiles. Son silicatos de aluminio hidratados. Se emplean también aditivos como cuarzo, colorantes y fundentes.

Obtención

1. Extracción: las canteras de arcilla suelen estar cerca de las fábricas, son explotaciones a cielo abierto y la extracción se realiza por medios mecánicos. 

2. Preparación de plasta: la arcilla extraía en la cantera hay que convertirla en una masa adecuada para la operación de moldeo en la forma de ladrillos, tejas, tubos, bloques... 

3. Amasado: consiste en conseguir una perfecta homogeneización de la materia prima, es decir de las diversas arcillas que se vayan a utilizar, de éstas con los desgrasantes y de todos éstos elementos sólidos con el agua. 

4. Moldeo: es dar al producto una configuración externa. 

5. Secado: las piezas recién moldeadas si se cocieran se romperían por lo que hay que someterlas al proceso de secado que consiste en la eliminación de la pasta de amasado, hasta reducirla un 5% y se realiza de forma lenta. 

6. Cocción: cuando se cuecen las arcillas a altas temperaturas, se producen unas reacciones que provocan en el material una consistencia pétrea y una durabilidad que las hacen adecuadas para el fin que se las destina. 

 

Cerámicos más empleados

Ladrillos y tejas: fabricados con arcilla de muy diversa calidad, según la zona geográfica de procedencia. Una vez moldeados se secan y cuecen a 900 – 1200ºC, lo que aumenta su resistencia mecánica. Existen muchas calidades y formas según la aplicación deseada.

Azulejos y pavimentos cerámicos: hechos con arcillas especiales que, durante su moldeo, se prensan a altas presiones y se revisten de un material (barniz coloreado) que, tras el proceso de cocido presenta una dureza alta.

Porcelana y loza: a base de caolín, arcillas blancas, sílice y feldespato finamente pulverizados. La porcelana está totalmente vitrificada tras ser sometida a dos procesos de cocción; sin embargo, la loza sólo presenta su cara externa vitrificada. Poseen una especial resistencia al calor y a agentes químicos por lo que, más que en construcción, se emplean para material de cocina y sanitarios (loza), laboratorio, aislantes eléctricos (porcelana)...

Materiales refractarios: Formados por arcillas refractarias, de alto contenido en sílice. Se usan para revestimiento de hornos industriales (altos hornos y convertidores) y otras aplicaciones, donde deben resistir altas temperaturas sin fracturarse. Soportan entre 1400 – 1600ºC. Para temperaturas superiores se añade un aglomerante orgánico.

PLÁSTICOS

Denominamos plásticos a un variado grupo de materiales de origen orgánico de gran importancia en muchos sectores como transportes, embalajes, envases, medicina, construcción, … La característica fundamental de estos materiales y que le da nombre es su capacidad de ser moldeados con relativa facilidad.

Están constituidos por macromoléculas denominadas polímeros cuyo principal componente es el carbono. Los polímeros se construyen por la repetición sucesiva de unidades químicas pequeñas y simples, llamadas monómeros, que se unen mediante una reacción llamada polimerización. Se forma así una macromolécula en forma de cadena cuyos eslabones son los monómeros.

Los plásticos son materiales elaborados a partir de materias primas minerales como petróleo, gas natural y hulla (carbón) o vegetales como el látex (procedente de árboles tropicales) o la celulosa (de la que se obtiene plásticos como celofán y celuloide) por un proceso llamado polimerización.

 

Obtención

Para poder obtener los plásticos deben desarrollarse cuatro pasos básicos:

1. Obtención de materias primas:

La mayoría de los plásticos antiguamente se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal (como la celulosa), aceites de semillas y derivados del almidón o del carbón.
Hoy en día la mayoría de los plásticos se elaboran con derivados del petróleo, pero debido a que las existencias mundiales del petróleo tienen un límite, últimamente se están investigando otras fuentes de materias primas, como la clasificación del carbón.

2. Síntesis del polímero:

El primer paso de la fabricación de un plástico es la polimerización, que es una reacción química que consiste en combinar dos o más moléculas para formar otra en la que se repiten la estructura y la composición porcentual de las moléculas primitivas.
Hay distintos tipos de polimerización, los más básicos son polimerización por reacciones de condensación y las de adición.

3. Aditivos:
   Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguir una propiedad determinada en un plástico, como por ejemplo los plastificantes que producen un polímero más flexible.
4. Forma y acabado:

Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y deformación.

Una de las operaciones más comunes para lograr la forma de un plástico es la extrusión.
Una máquina de extrusión consiste en un apartado que bombea el plástico a través de un molde con la forma deseada. Otros procesos utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al plástico para adaptar una forma concreta y el moldeo por transferencia, en el que un pistón introduce el plástico a presión en un molde.

FIBRAS TEXTILES

Las fibras textiles son filamentos que se hilan o trenzan, se pueden tejer formando tejidos y se pueden teñir dándoles color.

Atendiendo a su origen podemos clasificarlas en:

Fibras naturales: Están elaboradas a partir de componentes animales, vegetales o minerales.

De origen animal.

ü  Lana: es el pelo de las ovejas que se esquilan periódicamente, muy elástica y resistente, no se arruga. Se emplea en prendas de abrigo.

ü  Seda: es el filamento del capullo de los gusanos, del que sale una única fibra que se hila con varias más. Es lavable, no se puede planchar, no absorbe la humedad, presenta una gran resistencia, se usa para la confección de tejidos caros.

De origen vegetal.

ü  Algodón: es la semilla de una planta, encoge mucho con el lavado, es muy transpirable y no produce alergias, se emplea en pantalones, camisas, ropa interior.

ü  Lino: es el tallo de una planta, muy resistente, absorbe la humedad, muy fresco y no produce alergias, es más caro que el algodón, se usa para ropa de verano.

ü  Esparto: es la hoja de una planta, su tacto es áspero, absorbe la humedad, se utiliza para fabricar suelas de zapatillas y artículos de artesanía.

ü  Rayón: se obtiene de la celulosa. Una vez mezclada con distintos disolventes dan lugar a diferentes tipos de rayones. Son muy resistentes en seco, agradables al tacto, no se arrugan, generalmente se mezclan con fibras naturales. Admiten una gran variedad cromática de tintes y se emplean para la fabricación de sábanas, camisas.

ü  Fibrolana: se obtiene de la caseína de la leche disuelta en sosa. Es muy agradable al tacto, resistente y no se arruga, se emplea para fabricar géneros de punto.

De origen mineral.

ü  Amianto: es un material muy fibroso, cuya principal característica es que no propaga el fuego, por lo que se emplea para la fabricación de trajes ignífugos. Se ha descubierto que es cancerígeno, por lo que su uso se ha restringido mucho en los últimos años.

ü  Fibras artificiales: Se fabrican a partir de la transformación química de productos naturales

De origen mineral.

ü  Fibra de vidrio: Se obtiene a partir de la mezcla de una serie de minerales. Tras la fusión de los mismos se generan unos filamentos muy finos que entrelazados entre si dan lugar a la fibra de vidrio. Es muy buen aislante térmico y acústico, además de ser ignífugo.

ü  Fibras de metales: de aquellos metales que son dúctiles se pueden obtener hilos, en el caso del oro y la plata se emplean para los bordados de estandartes, trajes de religiosos, y vestidos de torear.

Fibras sintéticas: Se elaboran mediante síntesis químicas, a través de un proceso denominado polimerización. En la actualidad son las más empleadas, su principal ventaja es que son muy resistentes a cualquier agente externo, son muy fáciles de lavar y no necesitan ser planchadas, su principal inconveniente es que son higroscópicas, es decir que no absorben el sudor, no conducen bien el calor y suelen producir irritación a las personas de pieles sensibles. En general se suelen mezclar con fibras naturales.

ü  Nailon: son poliamidas muy resistentes y elásticas, no les atacan los insectos ni la putrefacción, se deforman con el calor y producen alergias, se emplean para fabricar paracaídas, medias, airbags.

ü  Tergal: se mezcla con algodón y lana, se deforma con el calor, es muy elástico y no se arruga, se emplea para fabricar camisas.

ü  Licra: es muy elástico, se combina con fibras, se emplea para fabricar medias, prendas de corsetería, trajes de baño.

PROPIEDADES ECOLÓGICAS DE LOS MATERIALES:

Según el impacto que los materiales producen en el medio ambiente los materiales pueden ser:

Materiales reciclables: son los que, una vez desechados, se pueden reutilizar para construir nuevos productos. Materiales reciclables son: el vidrio, el papel, los metales, el cartón y los plásticos           

Materiales tóxicos: son los materiales que pueden ser dañinos para el medio ambiente por resultar venenosos para los seres vivos, por contaminar el suelo, el aire o el agua.

Las pilas, por ejemplo, contienen sustancias tóxicas como el mercurio.

Materiales biodegradables: son los materiales que, con el paso del tiempo, acaban descomponiéndose de forma natural. Esto le ocurre a los alimentos o al papel, por ejemplo. Los que no se descomponen fácilmente se llaman materiales no biodegradables. El plástico o el vidrio, son materiales no biodegradables que tardan muchos años (siglos) en descomponerse.

Materiales renovables: Son materiales que nunca se agotarán si somos respetuosos con el medio ambiente. Ejemplo: la lana, la madera, el algodón, ...

Los residuos: el gran problema del desarrollo tecnológico

Hoy en día, gracias al desarrollo tecnológico, vivimos en una sociedad con un alto grado de bienestar, pues muchas de las tareas diarias nos resultan más cómodas y suponen un menor esfuerzo. Sin embargo, para alcanzar este bienestar, es necesario fabricar una serie de productos tecnológico que más tarde o temprano, acabarán siendo desechados: son los residuos. Antes, casi todos los productos se tiraban a vertederos y se enterraban, salvo excepciones. Sin embargo, la industria del reciclaje está creciendo y poco a poco hay una mayor conciencia al respecto. De nada sirve la industria del reciclaje si todos nosotros no participamos y tiramos los residuos en depósitos que separan los residuos según el grupo al que pertenezcan. A esto se le llama separación selectiva. Los depósitos que podemos encontrar son:

ü  Depósito verde claro: Para separar objetos de vidrios (botellas, frascos, vasos, botes, etc.)

ü  Depósito azul: Para separar papel y cartón (folios, periódicos, revistas, cajas, envases de cartón, folletos de propaganda, libros viejos, etc.)

ü  Depósito amarillo: Para separar envases de plástico y metal (tetra briks, botellas de agua y refresco, latas de conservas, latas de refresco, etc.)

Depósito verde oscuro: Para separar restos orgánicos (sobras de comida, peladuras de verduras, restos de zumos, …)

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