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TECNOLOGÍA INDUSTRIAL – (1º Bachillerato)
BLOQUE 2: Materiales industriales
1. LA MATERIA.
El átomo
Los átomos son los componentes básicos de la materia. Un átomo está constituido por:
Una corteza donde se encuentran los electrones (con carga eléctrica negativa)
Un núcleo que es la parte central del átomo, formado por los protones y neutrones.
En el núcleo se concentra aproximadamente el 99.99% de la masa total del átomo y tiene
carga positiva. El espacio que ocupa el núcleo es enormemente reducido respecto al del átomo.
El número atómico nos dice el número de protones que tiene un átomo en su núcleo. Se
representa por la letra Z. Normalmente los átomos son neutros, tienen el mismo número de cargas
eléctricas positivas que negativas, es decir, tienen el mismo número de electrones que de
protones.
En la naturaleza hay 92 tipos de átomos diferentes. Cada uno de ellos tiene su nombre y un
símbolo con una letra, a lo sumo dos. Aunque todos los átomos de un mismo tipo tienen siempre
el mismo número de protones, no sucede lo mismo con el número de neutrones.
Al número conjunto de protones y neutrones de un átomo (a la suma de los dos) se le llama
número másico y se representa por la letra A.
Dos átomos del mismo tipo, con el mismo número de protones, pero que tengan distinto
número de neutrones, se dice que son isótopos.
Las moléculas
Los átomos no suelen encontrarse libres en la naturaleza; no suelen estar solos, sino en
compañía de otros átomos, formando moléculas.
Una molécula es una combinación de dos o más átomos que se mantienen fuertemente
unidos. Todas las moléculas de una determinada sustancia son exactamente iguales, y diferentes
a las de todas las demás sustancias.
Toda la materia que nos rodea, los millones de sustancias distintas que hay a nuestro
alrededor, está formada por moléculas que, a su vez, se forman combinando en distintas
cantidades los 92 tipos de átomos diferentes que hay.
2. ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MATERIALES.
La materia la podemos encontrar de tres formas distintas: sólida, líquida o gaseosa. Los
científicos las llaman estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso.
Que una sustancia esté en un estado u otro depende de cómo estén unidas entre si las
moléculas que lo forman, es decir, de cómo sea el equilibrio entre las fuerzas de atracción y
repulsión entre las moléculas y de la temperatura a la que esté el cuerpo.
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En los gases apenas hay fuerzas entre las moléculas y por eso éstas se mueven libremente.
Tienden a expandirse para ocupar el máximo volumen posible y adoptan también la forma del
recipiente donde se encuentran.
En los líquidos las fuerzas entre las moléculas son más intensas que en los gases. Por eso se
mantienen unidas, pero aún conservan gran libertad de movimiento (aunque menos que en los
gases). Tiene un volumen casi constante pero adoptan la forma del recipiente que los contiene.
En los sólidos las fuerzas entre las moléculas son muy intensas. Tanto que prácticamente no
pueden moverse, tan solo vibrar. Tiene forma y volumen constantes.
En consecuencia, los líquidos y los gases no presentan ninguna estructura interna, ya que
sus partículas componentes, sean átomos, moléculas o iones, no se ordenan de ninguna forma
concreta sino que se mueven constantemente.
Los sólidos, por el contrario, pueden presentarse en estado amorfo o formando una
estructura cristalina.
Sólidos cristalinos
Las partículas están ordenadas en una red
tridimensional (un cristal), que sigue un patrón geométrico
perfectamente definido. La mayoría de los metales
presentan una estructura cristalina.
Sólidos amorfos
Las partículas, aunque fuertemente unidas entre sí,
están desordenadas, sin seguir un patrón geométrico
determinado. Curiosamente, el vidrio es el ejemplo más
típico de sólido amorfo, ¡y nosotros solemos llamarle
cristal!
Dos o más sustancias se llaman isomorfas cuando sus cristales tienen la misma forma
poliédrica, y polimorfas cuando pueden cristalizar en más de una forma.
Cada una de las formas diversas en que puede cristalizar una sustancia polimorfa se
denomina variedad alotrópica.
2.1. ESTRUCTURAS CRISTALINAS.
Los átomos de los materiales que nos rodean no se encuentran desordenados al azar, sino
agrupados, formando estructuras repetitivas. En el caso de los metales, así como en otros
materiales, el tipo de estructura que se forma se denomina estructura cristalina.
La estructura cristalina de átomos más simple recibe el nombre de red (red cristalina). En la
estructura cristalina, el tipo de enlace que se origina entre sus átomos se denomina enlace
metálico. En este enlace, la mayoría de los electrones de las órbitas más alejadas del núcleo
tienden a abandonar los átomos y a formar una nube de electrones que es compartida por toda la
red cristalina.
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Esta nube facilita el movimiento de electrones en el interior de los metales y la transmisión de
energía eléctrica y térmica.
La estructura espacial de un sólido cristalino se construye a partir de una unidad específica
repetitiva o celda unidad, representada de forma geométrica en la figura y que se define
mediante:
Las distancias a, b, y c, que son las aristas del paralelepípedo.
Los tres ángulos , y que forman entre sí dichas aristas.
Según los valores de estas aristas y ángulos, existen siete sistemas cristalinos diferentes
(siete formas geométricas distintas de la celda unidad). Estos son: triclínico, monoclínico,
ortorrómbico, tetragonal, cúbico, hexagonal y romboédrico.
En 1848, físico francés Bravais demostró que existían catorce redes cristalinas simples.
3. MATERIALES DE USO TÉCNICO.
Si miras a tu alrededor puedes ver multitud de productos tecnológicos que el ser humano ha
creado para satisfacer sus necesidades y mejorar su calidad de vida.
En su elaboración se emplean diversos materiales, como madera, metales, plásticos, vidrio,
etc.… los cuales son elegidos según sus propiedades.
3.1. MATERIAS PRIMAS, MATERIALES Y PRODUCTOS.
Como ya sabes, el mármol, al igual que otras rocas, se extrae de las canteras, la lana se
obtiene de las ovejas, los metales de diversos minerales, y el cocho, de la corteza del alcornoque.
El mármol, la lana, los minerales,...son materias primas.
Las materias primas, son las sustancias que encontramos directamente de la naturaleza.
Según su origen las materias primas se pueden clasificar en tres grupos:
Materias primas animales: lana, seda, pieles.
Materias primas vegetales: madera, corcho, algodón, lino...
Materias primas minerales: metales, arena, granito, mármol...
Una vez extraídas las materias primas, se transforman mediante distintos procesos, en los
distintos tipos de materiales que se utilizan para fabricar productos (mesa de madera, jarrón de
vidrio, cubo de plástico,...)
Los materiales se obtienen a partir de las materias primas mediante procesos industriales y
sirven para fabricar productos.
Un producto es cualquier objeto creado y diseñado por el hombre a partir de materiales para
cubrir sus necesidades o mejorar su vida.
Por lo tanto, los productos se fabrican a partir de distintos materiales y los materiales se
obtienen a través de las materias primas, como vemos en el ejemplo:
MATERIA PRIMA ► MATERIAL ► PRODUCTO
Tronco de árbol ► Tablero de madera ► mesa
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3.2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE USO TÉCNICO.
Atendiendo al origen de las sustancias que los forman, los materiales se pueden clasificar
en:
Materiales naturales: aquellos que se encuentran en la naturaleza. Son susceptibles de
agotarse, salvo que se reciclen. Por ejemplo: madera, lana, arcilla,...
Materiales artificiales: aquellos que se obtienen a partir de los naturales. Por ejemplo:
aglomerados de madera, hormigón, vidrio, papel...
Materiales sintéticos: son los fabricados a partir de materiales artificiales. Por ejemplo:
plásticos como la baquelita, el neopreno o las siliconas.
Los materiales más utilizados para elaborar los productos tecnológicos son:
Materiales cerámicos (cuyo origen es la arcilla o barro
cocido).
Materiales pétreos (rocas como el mármol, el vidrio, el
yeso, la pizarra,...).
Materiales textiles (encontramos tejidos naturales, como la
lana o el algodón, y artificiales, como el nylon y la lycra).
Madera (se obtiene del tronco de los árboles
y las estudiaremos con más detalle a lo largo
de la unidad).
Los metales (se obtienen de los minerales
que forman algunas rocas).
- Férricos (hierro, acero y fundición).
- No férricos (cobre, bronce, aluminio,...).
Plásticos (en su origen se obtenían de sustancias
naturales mientras que en la actualidad son
subproductos del petróleo).
3.3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.
Las propiedades de un material son el conjunto de características que hacen que se
comporte de una determinada manera ante fenómenos externos como la luz, el calor, fuerzas,
electricidad...
Las propiedades de los materiales se pueden clasificar en varios grupos: propiedades
eléctricas, térmicas, magnéticas, ópticas, químicas, mecánicas, tecnológicas, etc.
PROPIEDADES FÍSICAS
Propiedades eléctricas
Son las que determinan el comportamiento de un material cuando a través de él circula una
corriente eléctrica. Entre otras, podemos destacar:
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Conductividad eléctrica. Expresa la facilidad con que un material deja de pasar la corriente
eléctrica a través de él. Los materiales atendiendo a su conductividad se clasifican en:
conductores, semiconductores y aislantes. La conductividad es la propiedad inversa de la
resistividad ( =1/ ρ). La conductancia es la inversa de la resistencia (G = 1/R). Ejemplo: los
metales
Resistividad. Es la medida de la oposición de un material al paso de la corriente eléctrica.
Se expresa por la letra ρ. Ejemplo: el plástico o la madera.
Propiedades térmicas
Las propiedades térmicas determinan el comportamiento de los materiales ante el calor.
Entre otras, podemos destacar:
Dilatación o contracción térmica.- Es la propiedad que tienen ciertos materiales de
aumentar o disminuir sus dimensiones al variar su temperatura. La dilatación térmica se
expresa de tres formas distintas atendiendo a la forma geométrica del material. Por ello
podemos hablar de coeficiente de dilatación lineal (), coeficiente de dilatación superficial ()
y coeficiente de dilatación cúbica (). Por ejemplo los metales.
= L / (L ·T) ; = S / (S ·T) ; = V / (V ·T)
Conductividad térmica.- Expresa la mayor o menor facilidad con la que un material
transmite el calor a través de si mismo. Los metales son buenos conductores térmicos,
mientras que la madera y los materiales plásticos son aislantes térmicos.
Calor específico (Ce).- Es el calor necesario para elevar un grado centígrado la temperatura
de la unidad de masa del material.
Calor latente de fusión.- Es el calor necesario para transformar la unidad de masa del
material del estado sólido al estado líquido.
Fusibilidad.- Algunos materiales pueden pasar del estado sólido al líquido al elevar la
temperatura, como los metales; cuando estos materiales se funden pueden unirse consigo
mismos o con otro material; esta unión se llama soldadura.
Propiedades magnéticas
Las propiedades magnéticas representan los cambios físicos que se producen en un
material al estar sometido a un campo magnético exterior. Pueden ser de tres tipos:
Materiales diamagnéticos. Se oponen al campo magnético aplicado, de tal forma que en
su interior el campo magnético es más débil. Por ejemplo: mercurio, oro, plata, cobre…
Materiales paramagnéticos. El campo magnético en su interior es algo mayor que el
aplicado. Por ejemplo: el aluminio, magnesio, platino…
Materiales ferromagnéticos. El campo magnético es mucho mayor que el aplicado. Estos
materiales se utilizan como núcleos magnéticos en transformadores y bobinas. Estos últimos
son los más importantes.
Propiedades ópticas
Según el comportamiento de los materiales ante la luz, nos encontramos con tres tipos de
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materiales: transparentes, translúcidos y opacos
- Cuerpos transparentes: transmiten la luz, por lo que permiten ver a través de ellos (dejan
pasar totalmente la luz).
- Cuerpos translúcidos: dejan pasar la luz, pero impiden ver los objetos a su través (dejan
pasar parte de la luz).
- Cuerpos opacos: absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su través (no
dejan pasar la luz).
Otras propiedades
Densidad.- La densidad es la relación entre la masa de un material y su volumen. La
densidad de los plásticos es bastante baja mientras que la densidad del acero es elevada.
Peso específico.- Es la relación existente entre el peso de una determinada cantidad de
material y el volumen que ocupa. Su unidad en el SI es el N/m3.
Conductividad acústica.- Es la capacidad de un material para conducir o no el sonido.
Algunos plásticos, la fibra de vidrio y el corcho son aislantes del sonido. Los metales, en
cambio, son buenos conductores del sonido.
PROPIEDADES QUÍMICAS
Aquellas que se refieren a las fuerzas de enlace y su comportamiento ante medios agresivos
externos. Se manifiestan cuando los materiales sufren una transformación debido a su interacción
con otras sustancias.
Oxidación. Facilidad que tiene un material a oxidarse al reaccionar con el oxígeno del aire o
el agua. Los metales son muy sensibles a la oxidación y a la corrosión.
Corrosión. Deterioro lento de un material por la acción de un agente exterior. Reacción
química o electroquímica del aire o agua salada.
Acidez y alcalinidad. Propiedad que tienen algunos materiales de formar sales al
combinarse con algún óxido. Propiedad que tienen algunos materiales de formar hidróxidos
metálicos. La acidez se expresa mediante el pH. Si es mayor que 7 es básico, si es menor
es ácido y si es igual a 7 es neutro.
PROPIEDADES MECÁNICAS
Son aquellas que determinan el comportamiento del material cuando está sometido a
fuerzas externas. Entre otras, podemos destacar:
Dureza.- Es la resistencia de un material a ser rayado. Según la escala
de Mohs, el material más duro es el diamante y el más blando el talco.
Tenacidad.- Resistencia que opone un material a su rotura cuando
está sometido a esfuerzos lentos de deformación (cuando es golpeado)
Ej.: el metal.
Fragilidad. - Tendencia de un material a sufrir, bajo una carga o
choque, una fractura sin deformación. Propiedad contraria a la
tenacidad (ej. El vidrio).
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Maleabilidad.- Capacidad de un material para deformarse en forma de planchas o láminas
(ej. aluminio)
Ductilidad.- Capacidad de un material para deformarse en forma de
hilos (ej.- cobre)
Elasticidad.- Capacidad de un material de recuperar su forma original
cuando cesa la fuerza que lo deforma (ej. algunos plásticos como el caucho son elásticos).
Plasticidad. - Es la propiedad que tiene un material de admitir
deformaciones permanentes cuando actúa sobre el una fuerza (ej. la
arcilla).
Resistencia mecánica.- Están relacionadas con la forma en que
reaccionan los materiales al actuar fuerzas sobre ellos. Los esfuerzos a aplicar pueden ser
de:
- Tracción: se denomina tracción al esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la
aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, que tienden a alargar el objeto
y actúan de forma perpendicular a la superficie que lo sujeta.
- Compresión: se denomina compresión al esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la
aplicación de dos fuerzas en sentido opuesto, que tienden a acortar el objeto y actúan
perpendicularmente a la superficie que lo sujeta.
- Flexión: se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un cuerpo alargado en
una dirección perpendicular a su eje longitudinal, debido a la aplicación de una fuerza
paralela a la superficie de fijación. Dicho esfuerzo tiende a doblar el objeto.
- Torsión: se denomina torsión al esfuerzo al que está sometido un cuerpo que tiende a
retorcer dicho objeto. Sobre él se aplican fuerzas paralelas (que forman un par) a la
superficie de fijación.
- Pandeo: es un esfuerzo similar al de compresión, pero que se da en objetos con poca
sección y alargados, que tienden a doblarse cuando se les comprime.
- Cizalladura: es el que producen dos fuerzas sobre un material, que tratan de cortarlo. En
piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de un
esfuerzo cortante o bien de un momento torsor.
PROPIEDADES TECNOLÓGICAS
Indican la mayor o menor predisposición de un material a poder ser
trabajado de determinada forma. Entre otras, podemos destacar:
Colabilidad. Aptitud que tiene un material fundido para llenar un
molde.
Maquinabilidad (facilidad para el mecanizado). Es la facilidad o
dificultad que presenta un material a ser trabajado con herramientas
cortantes.
3.4. ENSAYOS DE PROPIEDADES
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Para saber las características específicas de los materiales debemos recurrir a una serie de
ensayos. Los ensayos pueden tener dos objetivos bien diferenciados: servir para la elección del
material destinado a un fin determinado, o para la comprobación de que el material elegido cumple
en el momento de usarlo las cualidades fijadas por las disposiciones legales vigentes. Entre otros,
los más usuales son: ensayo de dureza, de tracción, de fatiga, resiliencia, etc.
Ensayo de dureza
El ensayo es realizado con elementos en forma de
esferas, pirámides o conos. Estos elementos se oprimen
contra el material y se procede a medir el tamaño de la
huella que deja. Luego se aplica una formula y se calcula el
grado de dureza. Es un ensayo fácil y no destructivo; puede
realizarse en cualquier sitio, ya que existen durímetros fácilmente transportables. Una de las
ventajas del ensayo de dureza es que los valores entregados pueden usarse para hacer una
estimación de la resistencia a la tracción. La dureza superficial puede aumentarse añadiendo al
material una capa de carbono, en un tratamiento térmico denominado cementación.
La dureza se mide por distintos procedimientos, pero los que más se utilizan son el método
Brinell, el método Vickers y el método Rockwell.
Ensayo de tracción
Este ensayo es uno de los más importantes y permite determinar las propiedades de la
tracción: resistencia a la tracción, límite elástico, alargamiento y módulo elástico.
Consiste en someter a una probeta de forma y dimensiones normalizadas a un esfuerzo de
tracción en la dirección de su eje longitudinal
hasta su rotura, estudiando su comportamiento.
En caso de que el material no se rompa y
mantenga la forma estirada, decimos que es un material plástico, y si vuelve a su forma original
sin romperse, es un material elástico.
En este ensayo se utilizan unas probetas especiales que constan de un cuerpo central y dos
cabezas laterales que las sujetan a las mordazas de una máquina. Para la realización de este
ensayo, se emplea una máquina universal de ensayos.
Los resultados obtenidos se representan en una gráfica, en cuyo eje de abscisas se reflejan
los valores de las deformaciones (L) y en el eje de coordenadas las tensiones de tracción
aplicadas (F).
La curva de tracción obtenida presenta dos zonas destacadas:
Zona elástica (OA). Se caracteriza porque al cesar las tensiones aplicadas, los materiales
recuperan su longitud original. Dentro de esta zona podemos diferenciar otras dos:
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- Zona proporcional (OA’). Observamos que se trata
de una recta, en ella las deformaciones (alargamiento
unitario, ) son proporcionales a las tensiones
aplicadas (). Se cumple la Ley de Hooke: = · E ;
= F/S ; = L/l0; L = l – l0
Donde: = Tensión aplicada (N/m2 = Pascal); F =
fuerza axial aplicada a la probeta (N); S = sección
inicial de la probeta (m2); = alargamiento unitario; E =
módulo de Young o módulo de elasticidad; L = variación de longitud de la probeta; l0 =
longitud inicial.
- Zona no proporcional (A’A). En esta zona el material se comporta de forma elástica,
pero las deformaciones y tensiones no están relacionadas matemáticamente. El punto A
señala el límite elástico o límite de fluencia.
Zona plástica (ABC). Se ha rebasado la tensión del límite elástico, de tal forma que aunque
dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material ya no recupera su longitud original.
Diremos que el material ha sufrido deformaciones permanentes y se produce una
disminución de sección en la zona media de la probeta. Dentro de esta zona podemos
distinguir dos:
- Zona límite de rotura (AB). Zona donde se producen grandes alargamientos a pequeñas
variaciones de tensión. El límite de esta zona se denomina límite de rotura, y a la tensión
aplicada en dicho punto (punto B), tensión de rotura.
- Zona de rotura (BC). A partir del punto B el alargamiento aumenta a pesar de disminuir
la carga, también aumenta la disminución de sección hasta llegar a la rotura efectiva en el
punto C.
Ensayo de compresión
Este ensayo estudia el comportamiento de un material
sometido a un esfuerzo de compresión, progresivamente
creciente, hasta conseguir la rotura o aplastamiento, según la
clase de material.
Por lo general se someten a compresión las fundiciones,
metales de cojinetes, piedras, hormigón, etc. Las probetas
son cilíndricas para los metales y cúbicas para los no metales.
La máquina empleada para efectuar este ensayo es la misma que la utilizada en el ensayo
de tracción, la máquina universal de ensayos. El diagrama de compresión es semejante al de
tracción, pero los datos que proporciona son de signo contrario.
Con la máquina universal de ensayos, de forma análoga, se pueden realizar también
ensayos de torsión y cizalladura.
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Ensayo de fatiga
Cuando las piezas están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y
sentido que se repiten con cierta frecuencia, se pueden romper a cargas
inferiores a las de rotura. Si el número de ciclos es muy grande, la rotura se
puede producir en la zona elástica. A este fenómeno se le conoce con el
nombre de fatiga.
Las leyes fundamentales de fatiga:
Las piezas metálicas se pueden romper con esfuerzos
unitarios inferiores a su carga de rotura, y en algunos
casos menores al límite elástico si el esfuerzo se repite
un número determinado de veces.
Para que la rotura no tenga lugar, con independencia del número de ciclos, es necesario
que la diferencia entre la carga máxima y la mínima sea inferior a un determinado valor,
llamado límite de fatiga.
Los ensayos de fatiga más habituales son los de flexión rotativa y torsión.
Ensayo de resiliencia o resistencia al choque
La resiliencia es la característica mecánica contraria a la fragilidad. La
finalidad de este ensayo dinámico por choque es la determinación de la
energía absorbida por una probeta de determinadas dimensiones, al provocar
su ruptura de un solo golpe, expresándose su resultado en Kg/mm2. Es muy importante para
conocer el comportamiento del material destinado a la fabricación de ciertas piezas y órganos de
máquinas, ya que han de estar sometidos a esfuerzos dinámicos. La resiliencia se obtiene como:
Donde: Ep = energía absorbida en la rotura; S = sección de la probeta.
Para la realización del ensayo se emplea el
péndulo de Charpy que consiste en una masa
pendular, que oscila alrededor de su eje. Al caer la
masa des de una altura, choca contra la probeta y esta
se rompe, absorbiendo una cantidad de trabajo que se
corresponde con la diferencia de energía potencial en
el instante inicial y final, relacionándola con la superficie de la probeta.
Ensayo de rigidez dieléctrica
Los ensayos de rigidez están orientados a comprobar esta característica de diversas
maneras de acuerdo al tipo de aislante o eventualmente a un artefacto eléctrico completo.
En el caso de materiales en general se coloca el aislante (que puede ser sólido, líquido o
gaseoso) entre dos electrodos con forma normalizada y se aplica la tensión de ensayo (continua o
alterna) durante un tiempo especificado registrándose si el aislante se perfora.
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En el caso de artefactos (motores, transformadores etc.) se aplica la tensión especificada
entre los conductores y la masa metálica del artefacto comprobándose que no se producen daños
en el aislamiento.
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4. LA MADERA.
La madera es una sustancia dura y resistente que constituye el tronco de los árboles; se ha
utilizado durante miles de años como combustible, como material para fabricar utensilios y armas,
para la construcción de viviendas y embarcaciones, y en los últimos tiempos también se utiliza
como materia prima para fabricar el papel.
4.1. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA MADERA.
La madera se localiza en la estructura del tronco y las ramas de los árboles; la parte utilizada
es el tronco, de donde se toma para usos industriales mediante su talado y posterior troceado.
Como ser vivo que es, el árbol tiene un proceso de crecimiento que es apreciable en los “anillos”
que se forman cada primavera a consecuencia de la secreción de savia que se produce en esa
época. La savia nueva da una coloración especial a la madera que se forma y esta característica
queda perpetuada dando lugar a capas concéntricas (anillos) que nos permiten conocer la edad
del árbol cuando efectuamos un corte transversal completo a su tronco.
Partes del tronco
El tronco está formado por sucesivas capas que se acumulan en forma de cilindros verticales
concéntricos. En un corte transversal del tronco de un árbol se puede observar la estructura
interior del mismo, que está formada por las siguientes partes:
Corteza: es la capa más externa del árbol y está constituida por células muertas. Suele
estar reseca y tiene una textura rugosa. Se encarga de proteger el árbol contra el ataque
de agentes externos.
Cambium: es una capa limítrofe con la
corteza. Está formada por células tubulares de
paredes muy delgadas que se dividen dando
lugar a dos capas de células; una de células
internas que constituyen la albura o madera
de reciente formación, y otra de células
externas o líber que se dispone formando
parte de la corteza. Es un tejido muy delgado
que envuelve a la albura y permite la conducción de la savia descendente.
Albura: es la madera de más reciente formación y posee vasos conductores por donde se
transportan la savia ascendente. Su coloración es más clara que la del duramen, porque
contiene más savia que las demás. No obstante, llega un momento en que la capa más
interna de la albura ha sido desplazada tan lejos de la zona de crecimiento activo
(cambium), lo que provoca un cambio de color (se vuelve más oscuro), y da lugar al
duramen. La forma un número variable de los últimos anillos de crecimiento.
Duramen: es la parte del tronco, ya madura, procedente de la transformación de la albura.
Está formada por células muertas no funcionales. Se diferencia de la albura por ser más
oscura.
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Núcleo o médula: es la parte central del tronco y también la de mayor edad. Está formada
por células tubulares, en la que la mayor parte del agua es sustituida por resinas. El
tamaño de esta zona va disminuyendo al envejecer el árbol.
Desde el punto de vista industrial, el material que más interesa es el duramen, junto con la
albura, que al cortar el árbol y dejar secar su madera, adquieren el mismo color.
Composición de la madera
La madera es una sustancia fibrosa y relativamente dura que se obtiene de los troncos de los
árboles y arbustos. Está formada fundamentalmente por celulosa (50-60%) y lignina (15-25%).
La celulosa se presenta en forma de fibras, es resistente a los agentes químicos y forma la
estructura resistente de los vegetales. Está aglutinada por la lignina que es un elemento
cementante que confiere al conjunto la dureza y rigidez que la caracteriza.
La madera contiene otras sustancias (20%) como sales minerales, resinas, aceites, agua,
almidón, etc. La proporción en que se encuentran estas sustancias es diferente en cada especie
arbórea y determina en cada una de ellas sus propias características específicas y diferentes
aplicaciones.
4.2. PROPIEDADES DE LA MADERA.
La madera posee ventajas respecto a otros materiales, como, por ejemplo, la facilidad con
que se obtiene y se labra, y su baja densidad.
También presenta algunos inconvenientes, como la fácil combustibilidad y la poca resistencia
a la agresión de agentes externos, tales como hongos e insectos, los cuales pueden llegar a
destruirla.
Las propiedades de la madera están determinadas por su naturaleza fibrilar:
Baja densidad: En la madera la densidad oscila entre 0,3 y 0,8 g/cm3, lo cual indica que la
mayoría de las maderas flotan en el agua (con algunas excepciones como, por ejemplo, el
ébano). La densidad determina el empleo que pueden presentar las distintas clases de
maderas, al depender de ella la porosidad, la dureza y la resistencia mecánica.
Porosidad: Indica la mayor o menor cantidad de agua que la madera es capaz de
absorber o desprender (sudado). Ésta característica está relacionada de forma
inversamente proporcional con la densidad, de forma que las maderas más porosas son
las menos densas.
Retracción higroscópica: Está relacionada con la anterior propiedad, debido a la
capacidad de la madera de absorber agua. Es una de las propiedades que más influyen en
su comportamiento. La pérdida de agua es más fácil en la superficie del tronco que en su
interior, debido a la alimentación de la planta y a la menor evaporación en su interior.
Dureza: Es la resistencia que presenta la madera a ser rayada o penetrada por otro
cuerpo. Esta propiedad está relacionada estrechamente con la densidad. En general
cuanto más densa es una madera, mayor dureza presenta. El duramen es la parte más
dura. De la dureza de un determinado tipo de madera depende su aptitud para el labrado.
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Resistencia mecánica: La madera tiene una estructura fibrosa, en las que sus células se
agrupan en sentido paralelo al eje del tronco. Esta configuración le confiere un
comportamiento anisótropo: es decir, su resistencia mecánica es diferente según que el
esfuerzo a resistir se aplique en dirección paralela o perpendicular al sentido de las fibras.
Todas las maderas trabajan mejor a tracción y compresión cuando el esfuerzo es
paralelo al sentido de la fibra, pero no ocurre lo mismo cuando el esfuerzo es cortante o de
flexión, en cuyo caso las maderas trabajan mejor cuando el esfuerzo de cizalladura o
flexión es perpendicular al sentido de la fibra.
Conductividad térmica y eléctrica baja: Las fibras que componen la madera están
huecas y en su interior se alojan pequeñas burbujas de aire. Debido a esto, la madera se
comporta como un buen aislante térmico y eléctrico, siempre que esté seca.
Deformabilidad: Permite modificar su forma al aumentar el grado de humedad y
posteriormente someterla a presión en un molde dado.
Hendibilidad: Es la facilidad con que se abren las fibras de la madera en sentido
longitudinal. Hienden peor las maderas duras, las secas, las resinosas y con nudos. La
madera hendible es poco apta para el clavado y para realizar encajes. Si el secado es
brusco la madera tiende a abrirse.
Características estéticas: Color, veteado, olor,… Las líneas y las formas que quedan a la
vista en una pieza de madera, son las que conocemos con el nombre de vetas. Las vetas
indican el sentido de orientación de las fibras, y tienen gran importancia al trabajar la
madera, ya que la madera tiene más resistencia y flexibilidad en la dirección de las vetas.
Cada madera tiene su veta característica, algunas mas juntas, otras más separadas,
algunas más marcadas, otras menos, etc… Pero debemos de tener en cuenta que la
madera se trabaja (cepillar, lijar, barnizar, etc.) siempre en el sentido de la veta.
4.3. CLASIFICACIÓN DE LA MADERA.
Las maderas se pueden clasificar según varios criterios, uno de ellos es hacerlo según su
dureza, otro sería según al origen del que proceden.
Si las clasificamos según su dureza, tendremos:
Maderas duras: se caracterizan por presentar anillos
bastantes juntos, poca resina y nudos; en cuanto los
colores, pueden ser variados, aunque predominan los
oscuros. Destacamos entre otras: encina, olivo, haya,
roble, nogal, caoba, etc.
Maderas blandas: presentan anillos más separados,
resina y nudos más abundantes. Los colores pueden
ser claros, pálidos o castaños claros. Destacamos entre otras: pino, ciprés, abeto, etc.
Si hacemos la clasificación con respecto al tipo de árboles de donde se extrae la madera, los
podemos clasificar en dos grandes grupos:
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Árboles perennifolios (coníferas): son de hoja perenne, es decir, que permanece todo el
año. El grupo más representativo es el de las coníferas, entre las que se encuentran el
pino, el ciprés, el abeto, el tejo, etc. Se suelen ser maderas blandas y se utilizan como
madera para la construcción, debido a su gran resistencia mecánica, a la fabricación de
celulosa, construcción de estructuras, postes, etc. En España se han usado mucho debido
a su gran abundancia.
Árboles caducifolios (frondosas): se caracterizan porque pierden sus hojas en invierno.
Son maderas más difíciles de trabajar aunque de mayor dureza. Dentro de este grupo se
pueden distinguir las duras como el roble y la haya, que son utilizadas por su resistencia al
desgaste para fabricar tarima o parqué, o las blandas, en las que cabe destacar el chopo y
el eucalipto, que se utilizan para fabricar cajas de envase de frutas o pasta de papel. En
general, proporcionan madera para uso en ebanistería y artesanía, debido a su aspecto y
calidad.
4.4. OBTENCIÓN DE LA MADERA.
A partir de la madera se obtienen muchos productos además de los tablones macizos
(madera en bruto) procedentes del aserrado de los árboles, son las llamadas maderas
prefabricadas. Veamos el proceso de obtención de cada una de ellas.
Para la obtención de madera útil es necesario efectuar una serie de operaciones que vamos
a estudiar a continuación.
Apeo o talado del árbol. Éste se realiza en la explotación
forestal. Una vez marcados los árboles que tienen la edad o
dimensiones apropiadas se procede al corte. El corte se
suele hacer con sierras mecánicas. Una vez cortado el
árbol, se cortan las ramas y raíces que no se puedan
aprovechar. Por último, se quita la corteza para favorecer el secado de la madera. Se suele
recomendar que la tala de los árboles se realice en otoño o a principios de invierno.
Transporte. Se efectúa con vehículos
especiales o por arrastre con cadenas
tirado por máquinas excavadoras. En
ocasiones, si las condiciones del terreno
lo permiten, se construyen pistas de
deslizamiento hasta zonas de más fácil
acceso que permiten su transporte por carretera o ferrocarril. También se puede utiliza el río,
de forma que si la corriente es suficiente se arrojan los troncos procurando
que no se bloqueen ante posibles obstáculos, y cuando la corriente es
lenta se unen lo troncos para formar balsas.
Descortezado. Los troncos ya talados son trasportados hasta los
aserraderos. Allí se le quita la corteza que envuelve el tronco.
16
Troceado y despiece (aserrado). Una vez descortezado el tronco se procede a al troceado
en piezas más
pequeñas,
obteniéndose
productos terminados
(tablones, puntales
para minería, etc.) o semielaborados, que en cortes posteriores se emplearán para otras
aplicaciones, como la carpintería. Atendiendo al uso que se le quiera dar, se selecciona el tipo
de troceado más conveniente, influyendo en esta decisión las grietas y heridas que se
observen en el árbol. Hay dos métodos generales para hacer esto: el aserrado simple
(aserrado transversal) y el aserrado por cuartos (aserrado radial).Muchas veces se usa una
combinación de ambos para evitar el desperdicio.
Los aserraderos suelen emplear varios tipos de sierra: alternativa, circular, de cinta y con
rodillos. Los aserraderos actuales combinan varias de estas técnicas y, en algunos casos, se
utilizan ordenadores para seleccionar el troceado con mayor rendimiento.
Desaviado o eliminación de la savia residual.
Secado. La madera es un material formado por células tubulares, que contiene,
fundamentalmente agua. Un tronco recién talado contiene mucha agua en su interior, que va
perdiendo a lo largo del tiempo. Pero aún seco, en su interior las células muertas son capaces
de retener agua procedente de la humedad ambiente o de la lluvia. Esta pérdida o captación
de agua provoca en el tronco contracciones y dilataciones muy perjudiciales. Como la pérdida
de agua es más fácil en la superficie del tronco que en su interior, se produce una diferencia
de dilataciones que en piezas de cierta dimensión pueden provocar fisuras profundas. Con el
fin de evitar estos inconvenientes, es preciso eliminar el agua del interior de la madera,
procediéndose al secado. Éste se puede hacerse de forma natural o artificial.
El secado natural se realiza colocando las maderas en una pila, de
forma que queden espacios entre ellas para que pueda circular el
aire . Tienen que estar aisladas del suelo y protegidas para evitar el
agua y el sol. Esta forma de secado es muy lenta y depende de
múltiples factores: la humedad ambiental, el grosor de la madera, la
temperatura, etc. Mediante este procedimiento las maderas blandas
tardan alrededor de dos años en secarse y las maderas duras
un año aproximadamente.
El secado artificial se efectúa introduciendo la madera
apilada por medio de vagonetas en el interior de hornos de
vapor seco, normalmente de túnel, dentro del cual se suceden
los diferentes tipos procesos de secado. También se consigue
el secado por métodos químicos, por inmersión o por
17
calentamiento eléctrico.
Existe también un secado mixto que consiste en combinar el secado natural y el secado
artificial.
Cepillado: Tiene como objetivo principal eliminar cualquier irregularidad y mejorar el aspecto
final.
Una vez realizados estos tratamientos, la madera está lista para su comercialización. Sin
embargo, incluso después del secado, la madera todavía puede torcerse y combarse cuando se
use.
4.5. OBTENCIÓN DE MADERAS PREFABRICADAS.
La madera prefabricada se obtiene como resultado de la manipulación de la madera maciza,
por encolado, laminado, prensado, etc. Respecto a la madera maciza, presenta ventajas e
inconvenientes:
- Sus principales ventajas son que es más barata y abunda en
el mercado con una gran variedad de revestimientos. Este
tipo de madera permite obtener tablas y tableros de las
dimensiones y grosores deseados.
- Sus principales inconvenientes son una menor resistencia
mecánica y una peor calidad.
Los tipos de madera prefabricada que más se comercializan son los siguientes:
Tableros aglomerados: Están formados por la unión virutas de madera y resinas sintéticas
fenólicas. La mezcla se comprime entre rodillos y se
seca entre placas metálicas sometida a alta presión y
calor. La proporción de materiales es de un 90% de
virutas y un 10% de cola.
Como las partículas se entrecruzan, la madera aglomerada tiene propiedades similares de
resistencia en las dos direcciones. Resiste muy mal la humedad. La madera aglomerada se
corta y se trabaja a máquina fácilmente. Los tableros aglomerados se utilizan también
cubiertos con otros materiales (plásticos y chapas de madera dura) aumentando su resistencia
y su aspecto decorativo. Son productos económicos y se suministran en forma de planchas de
diferentes espesores, por lo que se utilizan mucho en la construcción de mobiliario.
Tableros contrachapados: Están formados por la unión de chapas o láminas de madera
encoladas, de forma que se van alternando los sentidos de las fibras
(vetas) de cada lámina que se añade. Esto da una resistencia
uniforme al material y se consiguen de este modo tableros muy
estables y de gran resistencia.
Las láminas o chapas de madera se cortan de los troncos en
máquinas desarrolladoras. El desarrollado tiene la ventaja de que las
láminas pueden llegar a tener grandes dimensiones. Los
18
contrachapados elaborados por cortes rotatorios pueden carecer de vetas, por lo que los
contrachapados para uso decorativo suelen cortarse con máquinas de corte plano, donde la
cuchilla corta capa tras capa de madera en delgadas rebanadas.
Aunque es muy estable, la madera contrachapada no es inmune a la combadura, ya que las
tracciones de las chapas nunca son iguales. Cuanto mayor sea el número de chapas, más
resistente será la madera contrachapada.
Una ventaja importante de la madera contrachapada es que es relativamente barata y se
puede conseguir láminas mucho más grandes que las maderas naturales y en gran variedad
de grosores. Las chapas decorativas de madera dura también se pueden agregar a un
material base o corazón barato. Los recubrimientos plásticos también se usan para dar
superficies resistentes al agua. Otra ventaja de la madera contrachapada es que es flexible y
se puede moldear en curvas.
En los tableros contrachapados se usan, generalmente, el pino, el nogal, sapeli, roble, abedul,
etc. Algunos artículos que utilizan e ste tipo de tableros son: las raquetas de ping-pong, sillas,
paneles decorativos con maderas duras, etc.
Tableros alistonados: Se obtiene uniendo piezas de madera
maciza encoladas entre sí. Se consiguen tableros de las
dimensiones que se necesiten. También se recubren con chapas
de madera decorativa. Con este procedimiento se fabrican las
actuales puertas de paso, e incluso de entrada macizas.
Tableros de fibra: Están formados por fibras de madera muy finas (a
las que se le ha quitado la lignina) aglutinadas con resina sintética y
prensadas a altas temperaturas. Tienen una superficie mejor acabada
que los tableros aglomerados. Conocidos comercialmente por DM
(mediana densidad). Se mecanizan perfectamente y permiten todo tipo
de acabados. Se emplean para fabricar fondos de armario, cajones y partes traseras de
cuadros.
Madera prensada: La madera prensada se fabrica con fibras de madera a las que se le
somete a gran temperatura y presión. Aquí no se emplea adhesivo, sino la propia lignina que
contienen las fibras de madera. La madera prensada tiene una cara lisa (normalmente
chapada con madera natural o plástico) y otra rugosa. La madera prensada tiene muy poca
rigidez y es especialmente propensa a combarse. Algunos de los productos fabricados con
madera prensada son: paneles perforados para colgar objetos, parte trasera de muebles,
cajones, etc.
Materiales celulósicos: Como se dijo anteriormente, estos materiales se obtienen a partir de la
celulosa de la madera. Hay muchos tipos de, pero el más importante es el papel. El papel se
obtiene del siguiente modo:
- Se tritura la madera y se mezcla con agua y otros productos químicos.
19
- Se obtiene una pasta de celulosa que se prensa y lamina en máquinas.
- Se obtiene una lámina de papel que se debe secar.
Otros materiales celulósicos son: cartón, cartulina,…
En la actualidad se utiliza mayor cantidad de madera prefabricada que maciza, debido a su
menor coste, fácil manipulación y estabilidad.
4.6. APLICACIONES DE LA MADERA.
La madera se ha utilizado tradicionalmente en la construcción en columnas y vigas, aunque
actualmente ha sido sustituida por el hormigón y el acero. Sigue utilizándose en:
Puertas, ventanas, marcos, muebles. Las de gran resistencia mecánica (pino, abeto,
cedro).
Muebles, carpintería interior. Las que presentan veteados vistosos y admiten un buen
pulido (haya, fresno, nogal, roble).
Muebles de lujo, esculturas, instrumentos musicales. Las exóticas (caoba, ébano).
También se laminan en chapas delgadas, 0,4 – 0,6 mm, para revestir tableros de maderas
más baratas.
4.7. ACABADOS Y TRATAMIENTOS DE LA MADERA.
Como ya se ha comentado anteriormente, la madera está formada por células tubulares, lo
que provoca que se pueda volver a introducir agua en su interior. Está absorción puede producir,
aparte del hinchamiento, un caldo de cultivo para hongos y parásitos, como la carcoma, que
acortan la vida de la madera, por lo que es necesario el tratamiento con productos que eviten la
entrada de agua en el interior y que además puedan desinfectarla.
Como elementos hidrófugos se utilizan productos derivados de la nafta y breas, aplicados
generalmente por inmersión. Para la eliminación de hongos y parásitos se utilizan soluciones
salinas, fundamentalmente de sulfato de cobre o fluoruros de sodio, también aplicados por
inmersión.
Aparte de estos tratamientos, en muchas ocasiones se persigue obtener un aspecto más
decorativo en la madera, realzando sus propiedades naturales.
La primera fase para este procedimiento es la limpieza y tapado de grietas y poros, para lo
cual se procede a su lijado o pulido manual o mecánico después de reparados los defectos.
Para el tapado de grietas y poros se puede utilizar materiales sintéticos de color y textura similar al
de la madera a tratar o preparar una pasta con la propia viruta procedente del lijado, mezclada con
cola.
El siguiente paso es efectuar un lijado fino para preparar la superficie y aplicar barniz
<<tapaporos>> con brocha, siguiendo el sentido de la veta. Cuando esta capa está bien seca se
pueden aplicar los tratamientos finales de laca o barniz, con brocha o <<muñequilla>>, también
en sentido de la veta.
Cuando el color de la madera no es el deseado, se puede efectuar un teñido, aplicando los
productos de teñido antes del primer lijado. El caso más frecuente es el de oscurecer la madera,
20
para lo cual se emplean líquidos penetrantes tipo nogalina o anilina. En el caso de tener que
aclarar el tono, se trata las maderas con productos oxidantes.
Otros tratamientos que se aplican a las maderas es el recubrimiento con materiales para
protegerlas del fuego. Normalmente se utilizan fosfatos y sulfatos aplicados por inmersión, con
brocha o pistola. Estos tratamientos no impiden que la madera arda, pero retrasan su combustión,
lográndose en ocasiones un comportamiento superior al de las estructuras metálicas.
4.8. RECICLADO DE LA MADERA Y CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE.
Reciclar la madera significa cuidar nuestros bosques y nuestro aire, con lo cual ganamos
calidad de vida.
La madera se puede reciclar de diversos modos:
Reutilizando trozos que han sobrado de otros trabajos para trabajos nuevos o empleando
la madera de proyectos que ya no interesan.
Triturando la madera para fabricar maderas prefabricadas.
Triturando la madera para fabricar papel, cartón,…
La explotación de los árboles para la obtención de madera da lugar a graves problemas
medioambientales, porque si no se realiza la tala con unos criterios medioambientales, puede
producirse una sobreexplotación que genera deforestación, pérdida de bosques primarios y,
desertificación.
Aparte del reciclaje podemos cuidar el medio ambiente del siguiente modo…
No comprar muebles de maderas duras (que suelen ser tropicales). Con lo cual cuidamos
selvas como las del Amazonas.
Reutilizando y reciclando el papel y el cartón.
21
LOS METALES. Los materiales metálicos los utiliza el ser humano desde tiempos prehistóricos y están
presentes en todas las actividades económicas hoy en día.
Entre sus propiedades cabe destacar las siguientes:
Brillo característico.
Más densos y pesados que otros materiales.
Gran resistencia mecánica. Soportan grandes esfuerzos, presiones y golpes.
Suelen ser tenaces, maleables y dúctiles, por eso es fácil darles forma.
Son buenos conductores de la electricidad y del calor.
Obtención
Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las
rocas. Por ejemplo, el metal hierro se extrae de minerales de hierro como la magnetita o la
siderita.
Los minerales que se extraen de las minas, se componen de dos partes:
Mena: es la parte útil del mineral, de la que se extrae el metal.
Ganga: es la parte no útil del mineral. Esta parte se desecha. La ganga debe separarse de
la mena.
Alguno de los más importantes son la bauxita, de la que se extrae el aluminio y el mineral de
hierro, del que se extrae el hierro.
La rama de la técnica que el ser humano ha desarrollado para obtener el metal de los
minerales se llama metalurgia. Existe una rama de la metalurgia que trabaja sólo con minerales de
hierro que se llama siderurgia.
Las propiedades de los metales puros, como la dureza, la resistencia a la corrosión, la
tenacidad, la ductilidad, elevada conductividad térmica y eléctrica, etc. mejoran considerablemente
cuando se mezclan con otros metales y no metales formando aleaciones.
Los metales y las aleaciones más usados actualmente en la industria son: el acero, el aluminio
y las aleaciones ultraligeras.
Tipos de metales
Los Metales se pueden dividir en dos grandes grupos:
Metales ferrosos: Son aquellos metales que contienen hierro como componente
principal. Entre estos están…
- El hierro puro.
- El acero.
- La fundición.
Metales no ferrosos: Son aquellos metales que no contienen hierro o contienen muy poca
cantidad de hierro. Hay muchos:
- El cobre.
- El aluminio.
- El bronce.
22
- El cinc.
- El plomo, etc.
Hay un tipo de metales no ferrosos que destacan por su valor económico, llamados
metales nobles, los cuales son: oro, plata y platino.
5.1. METALES FERROSOS.
El metal más empleado hoy en día es el hierro, pues es abundante y tiene buenas
propiedades.
Los metales férricos más importantes son:
Hierro puro (Fe): No presenta buenas propiedades mecánicas, por lo que tiene muy
pocas aplicaciones técnicas (se usa en electricidad y electrónica por sus propiedades
magnéticas). Tiene un porcentaje de carbono (C) menor del 0,003%.
Acero: Es una aleación de hierro y carbono (que no es un metal). El acero tiene un
contenido en carbono que oscila entre el 0,03 y el 1,76%.
Fundición: Es una aleación de hierro y carbono que tiene un contenido en carbono que
oscila entre el 1,76 y el 6,67%.
Diferencias entre el acero y la fundición
1. La fundición tiene más carbono que el acero
2. La fundición es más dura que el acero, es decir, es más difícil de rayar.
3. La fundición es más resistente a la oxidación y al desgaste que el acero.
4. La fundición es muy frágil. Si se intenta deformar se fractura.
Aplicaciones de los metales ferrosos
Acero Fundiciones
Herramientas Cacharros de cocina y cubiertos Electrodomésticos Elementos de estructuras metálicas Tornillos, tuercas, clavos, …
Farolas Tapas de alcantarillas Motores…
5.1.1. OBTENCIÓN DEL HIERRO.
Como características más importantes cabe indicar que el hierro tiene el símbolo químico
Fe, tiene un peso específico de 7,68 Kg/dm3, un punto de fusión 1535 ºC y un calor específico de
0,11 Kcal/Kg· ºC.
Se conoce como proceso siderúrgico al conjunto de operaciones que es preciso realizar
para llegar a obtener un metal férrico de unas determinadas características. El proceso siderúrgico
engloba desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la obtención del producto
final.
El hierro es un metal que forma parte de la corteza terrestre (5%); nunca se presenta en
estado puro, sino combinado formando óxidos, hidróxidos, carbonatos y sulfuros. Según el
contenido en hierro se distinguen distintos tipos:
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El mineral que se extrae de la mina contiene una parte con el componente de hierro,
llamada mena (elementos aprovechables), y otra parte compuesta por sustancias no ferrosas
llamada ganga (elementos no aprovechables) tales como roca, sílice,… Los minerales más
utilizados industrialmente son la magnetita y la hematites.
El mineral de hierro en forma de óxido, es necesario someterlo a unas operaciones
preparatorias. Estas tienen por objeto aumentar el porcentaje de hierro del mineral y mejorar sus
condiciones físicas (porosidad) para facilitar su posterior reducción. El tamaño de los trozos,
porcentaje de polvos y la cantidad de la ganga influyen también en el proceso.
Con el fin de separar la ganga se utilizan los métodos de separación hidromecánica,
flotación o separación magnética. Estas operaciones suelen ser:
Lavado, para eliminar la tierra y otras impurezas que contenga el mineral.
Triturado, de los trozos demasiados grandes de mineral.
Sinterizado, que consiste en aglomerar los trozos demasiados pequeños y el mineral en
polvo, formando trozos de tamaño medio, lo que permite en mayor aprovechamiento del
mineral.
El material que se obtiene, desmenuzado en forma de bolitas, posee una concentración de
hierro próxima al 70%. Éste debe llevarse a un alto horno para obtener una mayor concentración.
En él sucede un proceso siderúrgico llamado reducción, que consiste en eliminar el
oxígeno del mineral de hierro para que quede el hierro libre. Para ello se emplean unos materiales
que reciben el nombre de reductores, siendo el más empleado en carbón de coque, que se
obtiene de la destilación de la hulla.
En el alto horno se introducen:
El mineral de hierro en forma de óxido.
El reductor, coque, que además de actuar como reductor, proporciona con su combustión
el calor necesario para alcanzar las temperaturas de fusión del mineral.
El fundente (generalmente, pieza caliza), cuya misión consiste en combinarse con la
ganga que acompaña al mineral de hierro. De la combinación del fundente y ganga, se
obtiene un producto denominado escoria, que en estado líquido se separa de la masa
24
fundida de hierro debido a su menor densidad.
El mineral de hierro, el coque y el fundente, se cargan en el horno por la parte superior
llamada tragante, y va descendiendo a zonas de mayor temperatura a medida que va
comenzando la reducción, llegando a la parte más ancha del horno llamada vientre en estado
liquido.
El hierro fundido se combina con el carbono, formando el arrabio, que desciende hasta el
crisol. Cuando esta mezcla llega a la bigotera, se extraen por ésta las escorias formadas por el
fundente y ganga.
En este proceso químico aparte del arrabio y de las escorias, también se producen gases
que son eliminados por una salida de la parte alta de la cuba del horno. Los gases se recuperan
por el valor
energético que
contienen y las
escorias se utilizan
para fabricar
asfaltos.
Cuando han
salido las escorias
se abre la piquera,
que se encuentra en
el fondo del crisol,
denominado solera
y se deja salir del
horno el arrabio líquido que se carga en unos contenedores especiales llamados torpedos en los
que se transporta.
El arrabio es un producto frágil y quebradizo con muchas impurezas que no tiene
aplicación industrial, por lo que es preciso someterlo a otros procedimientos para transformarlo en
hierro dulce, acero o fundición. El arrabio contiene mucho hierro pero a su vez un alto contenido
en carbono.
5.1.2. EL HIERRO DULCE.
El hierro dulce, como hemos visto, es aquel cuyo contenido en carbono es inferior al 0,1 %.
En estas condiciones puede considerarse químicamente puro. Es un material de color plateado,
de gran permeabilidad magnética, dúctil y maleable. Admite la forja, por lo que también se le
denomina hierro forjado. Puede obtenerse por procedimientos electrolíticos. No tiene muchas
aplicaciones industriales por sus malas propiedades mecánicas (resulta muy poroso, se oxida con
gran facilidad y presenta con frecuencia grietas internas). Se usa en electricidad y electrónica por
sus propiedades magnéticas (formando lo que se conoce como ferritas).
5.1.3. ACERO.
25
El acero es una aleación hierro-carbono cuya composición corresponde a cantidades de
carbono inferiores al 1,76%, además de contener otras impurezas o metales.
A diferencia de la mayoría de aleaciones, el acero no se obtiene por fusión y mezcla de sus
componentes. Para obtener acero es preciso eliminar las impurezas que tiene el arrabio
principalmente fósforo y azufre, así como reducir el porcentaje de carbono que suele estar entre el
3% y el 5%, lo cual se consigue por medio del afino.
Aunque existen varios procedimientos de afino, en la actualidad los dos más empleados son
el convertidor o procedimiento LD y el horno eléctrico. En ambos casos se obtiene acero de
excelente calidad.
Afino con convertidor o procedimiento LD
El arrabio en estado liquido transportado en los torpedos, se vacía en un recipiente
denominado cuchara, que lo vierte en el horno de afino que recibe el nombre de convertidor.
Además del arrabio, en el convertidor se echa chatarra, fundentes (cal) y ferroaleaciones que se
funden con el arrabio.
Dentro del convertidor se inyecta
oxígeno a presión a través de una lanza,
con lo que se consigue quemar las
impurezas y el exceso de carbono del
arrabio, convirtiéndose en acero.
Después de esto se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre la masa líquida. A
continuación se vierte el acero sobre la cuchara.
Con el acero procedente del convertidor se realiza la colada, que puede ser de tres tipos:
convencional, continua o de lingoteras.
Al final de la misma se obtienen unos productos denominados desbastes, que pueden ser
de dos tipos, largos (bloom) o planos (slab). Los desbastes pasan a los trenes de laminación,
donde se obtienen las distintas formas comerciales de los aceros: chapas, pletinas, alambres,
perfiles estructurales, etc.
Afino en hornos eléctricos
Es un procedimiento costoso, pero los aceros obtenidos son de mejor calidad que los
obtenidos en el convertidor LD. Se produce un acero muy homogéneo, sin impurezas y con una
composición precisa.
El acero se obtiene a partir de cuatro productos: chatarra, ferroaleaciones y fundente (cal),
que se introducen directamente en el horno.
Puede alcanzar altas temperaturas, lo que le hace adecuado para fundir cualquier aleación
ferrosa y otras, incluso de metales que funden a muy alta temperatura.
El calor necesario para la fusión del metal se obtiene de un arco eléctrico formado entre los
electrodos de grafito.
En primer lugar se introduce en el horno la chatarra más el fundente. A continuación se
26
saca la escoria, se añade carbón de coque que se emplea como reductor para evitar la oxidación
del metal, y se sigue calentando toda la masa. Luego se le añaden las ferroaleaciones.
Finalmente se vierte todo el acero fundido sobre una cuchara especial que lo llevará al
área de colada.
Proceso de transformación del acero
El acero fundido que se obtiene a partir de cualquiera de los procedimientos anteriores
recibe el nombre de colada. Para su posterior transformación, se utilizan tres procesos básicos
a) Colada convencional: consiste en verter el acero líquido sobre moldes con la forma de la
pieza que se desea obtener. Posteriormente, se deja enfriar el metal y más tarde se extrae
la pieza.
b) Colada sobre lingoteras: si en un momento determinado la demanda de productos ferrosos
es baja, lo que se hace es colarlo (solidificarlo) en el interior de lingoteras (moldes
prismáticos de fundición y secciones cuadradas) y dejarlo enfriar. Posteriormente, se
extrae de la lingotera hasta que la demanda aumente.
c) Colada continua: es el procedimiento de colada más moderno y económico que existe.
Consiste en verter el acero líquido sobre un molde sin fondo ni tapadera, con forma curva y
sección
transversal
con la
forma
geométric
a del
producto a
obtener. El
acero
líquido, a
medida
que se va
desplazan
do. El
acero líquido, a medida que se va desplazando se va solidificando. Finalmente, se corta a
la medida deseada. De las máquinas de colada continua se obtienen distintos productos
que dependen de la forma del molde:
Desbastes planos (planchones). Se destinan a la fabricación de chapas.
Desbastes de sección cuadrada. Se dedican a la fabricación de perfiles y carriles.
Palanquillas de sección cuadrada. Más pequeña que la de los anteriores. Se
destinan a la producción de perfiles redondos.
Dependiendo del ancho estos productos se denominan también bloom, si son estrechos y
27
slab, sin son más anchos.
Estos productos se obtienen al hacerlos pasar por unos trenes de laminación. La
laminación consiste en hacer pasar el material (acero solidificado) entre dos rodillos o
cilindros que giran a la misma velocidad pero de sentido contrario. De esta manera se
reduce la sección transversal y se aumenta la longitud. Existen dos tipos de laminación:
Laminación en caliente: la temperatura del material suele ser de unos 1000 ºC.
Laminación en frio: se realiza a temperatura ambiente.
La cantidad de trenes de laminación, así como la forma de los rodillos, dependerá del
producto que se quiera obtener. En cualquier caso, siempre habrá uno o varios trenes
desbastadores y secciones de enfriamiento.
Tipos de aceros y aplicaciones
El acero es sin duda, la aleación más útil para el ser humano. Como sabemos los aceros
son aleaciones de hierro y de carbono (entre el 0´03 y el 1´76 %) a las que se pueden añadir otros
materiales (manganeso, níquel, silicio, cromo, vanadio, etc.) según las propiedades del tipo de
acero que se desee lograr. Se aplican en muchos campos industriales.
Hay dos tipos de aceros:
Aceros comunes. Hechos sólo con hierro y carbono. Dependiendo del porcentaje de
carbono, estos aceros poseen unas características determinadas, de manera que a
medida que aumenta el contenido en carbono, aumenta la dureza y la resistencia a la
tracción y disminuye la plasticidad (maleabilidad y ductilidad).
Los de bajo contenido en carbono son dúctiles y maleables, mientras que los de alto
contenido son frágiles y duros. Estos aceros admiten bien los trabajos de forja y laminación
y son aptos para tratamientos térmicos.
Acero bajo en carbono: los aceros producidos con un contenido bajo en carbono entre el
0,1 y el 0,3% se clasifican como aceros bajos en carbono. Se pueden cortar y trabajar con
máquina fácilmente, son muy fáciles de soldar y poco resistentes a la corrosión. Debido a
su ductilidad y su resistencia a la tracción permite tratamientos mecánicos en frío. Este
tratamiento lo vuelve menos dúctil y más frágil. Se emplean en estructuras (alambres,
barras, láminas, vigas…), material de ferretería (clavos, tornillos, tuercas…) y piezas
forjadas y moldeadas.
Acero con contenido medio en carbono: estos aceros contienen entre un 0,4% y un 0,5%
de carbono. Por tanto, son más duros y menos dúctiles que los aceros bajos en carbono.
Son muy tenaces y tienen una resistencia elevada a la tracción. Se usan para la
fabricación de productos tenaces y resistentes al desgaste tales como, herramientas
(martillos, hachas, llaves…)
Acero con gran contenido en carbono: estos aceros tienen un contenido de carbono que
oscila del 0,5 al 0,7%. Son materiales muy duros y frágiles. Se usan principalmente para
herramientas cortantes y productos que tienen que resistir el desgaste (hoja de guillotina,
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formones, brocas, muelles…).
Aceros aleados o especiales. Si en el proceso de afino se incorporan al baño de acero
elementos como el níquel, cromo, molibdeno, vanadio, cobalto, etc. obtenemos aceros
especiales o aleados que normalmente se utilizan para aplicaciones concretas debido a
sus cualidades específicas. Dependiendo de los elementos que añadimos al acero, éstos
pueden mejorar ciertas propiedades:
Nombre del elemento Propiedades que mejoran
Cobalto Dureza, aumenta sus propiedades magnéticas. Disminuye la templabilidad.
Cromo Resistencia a la oxidación y corrosión, dureza, tenacidad. Favorece la templabilidad.
Manganeso Dureza, resistencia al desgaste y a la tracción. Aumenta la templabilidad.
Molibdeno Dureza, tenacidad. Aumenta la templabilidad.
Níquel Resistencia a la corrosión, resistencia a la tracción. Aumenta la templabilidad.
Silicio Elasticidad, aumento de la conductividad magnética
Vanadio Dureza, resistencia a la fatiga, la tracción y al desgaste.
5.1.4. LA FUNDICIÓN.
Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono con mayor contenido que el acero (entre
el 1,76 y el 6,67%) y adquieren su forma directamente de la colada. Es un material muy frágil y
quebradizo con una capa exterior muy dura. Tienen una resistencia elevada a la compresión, pero
resistencia baja a la tracción. No se someten a procesos de deformación ni en frío ni en caliente,
no son dúctiles ni maleables y no pueden forjarse ni laminarse. Son poco tenaces, pero
resistentes al desgaste por rozamiento. Son fáciles de moldear y se emplean en la fabricación de
piezas de gran tamaño. Al tener más carbono resisten mejor la corrosión y los cambios de
temperatura.
Su fabricación es más sencilla que la del acero, ya que su punto de fusión es más bajo y,
por tanto, la mecanización resulta más fácil. Las piezas de fundición, por su fácil fabricación, son
más baratas que las de acero.
Obtención de la fundición
El arrabio procedente del alto horno que se va a destinar a fundiciones se transporta en los
torpedos y se cuela en unos moldes denominados lingoteras, donde al solidificar queda en forma
de lingotes.
El arrabio se introduce en un horno de cubilote, colocando capas alternas de arrabio y de
coque mezclado con fundente (piedra caliza). Una vez lleno el horno se inyecta aire por unas
toberas lo que facilita su combustión, cayendo el metal fundido en la parte inferior del horno
denominado crisol, a través de los huecos que deja el coque al quemar. Cuando el metal está
fundido se deja salir a la escoria por un conducto y posteriormente se recoge la fundición en
29
estado líquido en una cuchara y se vierte en los moldes con la forma adecuada de las piezas que
se desea obtener. Este proceso está en desuso.
Clasificación y aplicaciones de las fundiciones
Las características de una fundición no dependen solamente de su composición química,
sino del proceso de elaboración. Ambas formas van a determinar la manera de presentar el
carbono (combinado, en forma de grafito laminar, esferoidal, etc.)
Su clasificación se hace atendiendo al aspecto de la fractura (color y forma que tiene
cuando se rompe), propiedades y composición. Se clasifican en:
Fundiciones ordinarias. Hechas sólo con hierro y carbono y algunas pequeñas
impurezas (parte de otro material). No se pueden trabajar en la forja. Por el aspecto que
presenta su fractura se pueden clasificar en:
- Fundición blanca: presenta todo o parte del carbono que contiene en forma de carburo
de hierro o cementita, siendo éste el constituyente más duro de los aceros. Pero tiene
el inconveniente de ser muy frágil. Su fractura es de un color blanco brillante, de ahí su
nombre. Tiene una dureza muy alta y es casi imposible de mecanizar. Se fabrican
engranajes para automóviles y maquinaria agrícola.
- Fundición gris: presenta todo o parte del carbono en forma de finas láminas de grafito,
repartidas entre la masa de hierro. Tiene grano fino. Es fácil de mecanizar y su dureza
es menor que la anterior. Se emplea para la mayoría de las piezas mecánicas que han
de servir de soporte o de alojamiento de mecanismos (ejemplo: carcasa de motores,
bancadas de máquinas, etc.).
- Fundición atruchada: sus propiedades son intermedias entre la fundición blanca y la
gris. Recibe el nombre por su color, parecido al de las truchas.
Fundiciones aleadas. Hechos con hierro, carbono y otros elementos en mayores
proporciones con los cuales mejoran sus propiedades. Las propiedades mecánicas son
mejores que las de las fundiciones ordinarias.
Fundiciones especiales. Se obtiene a partir de las fundiciones ordinarias, mediante
tratamientos térmicos adecuados o añadiendo algún elemento químico.
5.2. METALES NO FERROSOS.
Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos)
son cada día más imprescindibles.
Los materiales no férricos son más caros y difíciles de obtener que los férricos, sin embargo
presentan algunas propiedades que los hacen necesarios: son más difíciles de oxidar, conducen
mejor la electricidad y el calor, funden a temperaturas más bajas, son más fáciles de mecanizar,
etc. Se pueden clasificar según su densidad en:
Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 Kg/dm3. Se encuentran en este
grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto entre otros.
Ligeros: tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 Kg/dm3. Los más utilizados son el
30
aluminio y el titanio.
Ultraligeros: su densidad es menor a 2 Kg/dm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el
magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como
elemento de aleación.
Todos estos metales no ferrosos, es estado puro, son blandos y poseen una resistencia
mecánica bastante reducida.
Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen alearse con otros. Las aleaciones de
productos no ferrosos tienen gran cantidad de aplicaciones:
Monedas (fabricadas con aleaciones de cobre, níquel y aluminio)
Filamentos de bombillas (wolframio)
Material de soldadura de componentes electrónicos (estaño-plomo)
Recubrimientos (cromo, níquel, cinc)
Etcétera.
Los metales no ferrosos más importantes son: cobre, estaño, plomo, cinc, aluminio, titanio y
algunas de sus aleaciones.
5.2.1. METALES PESADOS.
Cobre
El cobre es un metal puro y el tercer metal más importante del mundo.
Su símbolo químico es Cu, su peso específico 8,94 Kg/dm3 y su punto de
fusión 1083 ºC. Es un metal de color rojo brillante, muy resistente a la
corrosión, conduce muy bien el calor y la electricidad, es muy dúctil y
maleable. Se obtiene de minerales como la cuprita, la calcopirita y la malaquita. Cuando se
oxida se recubre de una capa de carbonato llamada cardenillo que la protege de la oxidación
posterior.
Se ha usado desde la antigüedad para hacer armas, adornos, monedas, etc. Hoy se usa en
conductores eléctricos, bobinas, alambiques y conducciones de gas y agua, así como otros usos
en construcción.
Existen dos métodos de obtención del cobre: por vía húmeda y por vía seca.
Proceso de obtención del cobre por vía seca
Se utiliza cuando el contenido de cobre supera el 10%. El procedimiento consiste en triturar
y moler el mineral, y una vez triturado, introducirlo en una cuba de agua para separarlo de la
ganga por flotación. El mineral concentrado se lleva a un horno, donde se oxida parcialmente (el
hierro, pero no el cobre) y a continuación, se mete en un horno de reverbero, donde se funde, al
cual se le añade fundente para que reaccione con el óxido de hierro y forme escoria. De todo este
proceso se consigue cobre al 40%, si se quiere obtener el 99% es necesario un proceso de
electrolítico. Este proceso es el más utilizado.
Proceso de obtención del cobre por vía húmeda
Se emplea cuando el contenido en cobre del mineral es inferior al 10%. El procedimiento
31
consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego, mediante un proceso de
electrólisis, se obtiene el cobre.
Sus aleaciones principales son:
Bronce. Aleación de cobre y estaño, tanto más dura cuanto más estaño contiene. Tienen
buena resistencia a la corrosión. Se utiliza en esculturas,
campañas, engranajes, etc.
Latón. Aleación de cobre y cinc usada para hacer canalizaciones,
tornillos, grifos, válvulas de gas y agua, bisagras, etc.
Cuproníquel. Aleación de cobre y níquel que se utiliza en monedas y contactos eléctricos.
Estaño
Su símbolo es el Sn, su peso específico 7,28 Kg/dm3 y su punto de fusión 231 ºC. Se
conoce desde la antigüedad pero se consideraba una variante del plomo. El estaño es un metal de
aspecto blanco brillante, muy resistente al aire, fácil de fundir y de trabajar. Es poco dúctil, muy
maleable en frío y en caliente se torna quebradizo. Se obtiene de la casiterita que es un óxido de
estaño, pero su riqueza en estaño es muy baja.
Se emplea, aleado con plomo o con plata, para soldadura blanda.
También para recubrir el hierro, obteniendo hojalata, y para recubrir el cobre,
pues al no ser tóxico puede usarse en instrumentos de alimentación. Aleado
con el cobre forma el bronce.
Proceso de obtención
Es necesario concentrarlo por su baja riqueza. Para ello se tritura y se lava. Después se
somete a un proceso de tostación para eliminar los sulfuros. A continuación se reduce en un horno
de reverbero, usando antracita. Se moldea en bloques.
El proceso de afino se lleva a cabo en una cuba electrolítica, el ánodo está formado por
planchas de estaño bruto y el cátodo por láminas de estaño puro.
Plomo
Su símbolo químico es Pb, su peso específico 11,34 Kg/dm3 y su punto de fusión 327 ºC.
Era conocido en la antigüedad pero se comenzó a utilizar a escala industrial en el S. XIX. El
mineral más empleado es la galena. Es de color gris metálico, blando, maleable, pesado y muy
frágil. Buen conductor térmico y eléctrico. Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato
básico que lo autoprotege.
Su elevada densidad lo hace opaco a las radiaciones electromagnéticas por lo que se usa
en instalaciones médicas de radiología y centrales nucleares.
Resiste bien los ácidos sulfúrico y clorhídrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor
de azufre. Por su comportamiento con los ácidos se utiliza para fabricar recipientes que hayan de
contenerlos. Se usa en la industria del vidrio como aditivo porque le da mayor peso y dureza. La
fabricación de acumuladores constituye la principal utilización del plomo. Las aleaciones de plomo
y estaño se usan en soldadura blanda.
32
El plomo es un veneno ya que el organismo es incapaz de eliminarlo. La intoxicación de
plomo y sus derivados se denomina saturnismo.
Proceso de obtención
5.2.2. METALES LIGEROS.
Aluminio
Su símbolo químico es Pb, su peso específico 2,7 Kg/dm3 y su punto de fusión 660 ºC. Es el
metal más abundante de la naturaleza. El aluminio es un metal de color plateado claro, baja
densidad, es muy resistente a la oxidación, buen conductor del calor y la electricidad y fácil de
mecanizar (muy dúctil y maleable). El mineral del que se obtiene el aluminio es la bauxita.
Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de óxido de
aluminio que resiste la posterior acción corrosiva, Es por esto, por lo que los materiales hechos de
aluminio no se oxidan.
Por su baja densidad y su conductividad relativamente alta se
utiliza como sustituto del cobre en cables de conducción eléctrica de
gran longitud. Con el se fabrican productos muy variados, desde latas
de refrescos, como fuselajes de aviones, ventanas, maquinaria,
utensilios de cocina, envoltorios de alimentos, etc.
Se emplea en aleaciones ligeras, tan resistentes como el acero y mucho menos pesadas.
Las más conocidas son:
Duraluminio (aluminio+ bronce): se usa en bases de sartenes, llantas de coche,
bicicletas, etc.
Aluminio + magnesio: se emplea mayoritariamente en aeronáutica y en automoción.
La obtención del aluminio a partir de la bauxita, precisa de gran cantidad de energía, por lo
que es importante su reciclado.
Titanio
Su símbolo químico es Ti, su peso específico 4,45 Kg/dm3 y su punto de fusión 1800 ºC. Su
mineral más común es el rutilo. Se encuentra abundantemente en la naturaleza ya que es uno de
los componentes de todas las rocas de origen volcánico. Es un metal blanco plateado que resiste
mejor la oxidación y la corrosión que el acero inoxidable. Es ligero, muy duro y de gran resistencia
mecánica. Las propiedades mecánicas son análogas, e incluso superiores, a las del acero, pero
tiene la ventaja de que las conserva hasta los 400 °C.
Dada su baja densidad y sus altas prestaciones mecánicas, se emplea en: estructuras y
33
elementos de máquinas en aeronáutica (aviones, cohetes, misiles, transbordadores espaciales,
satélites de comunicaciones, etc.), herramientas de corte (nitrato de titanio), aletas para turbinas
(carburo de titanio) y pinturas antioxidantes (en forma de óxido y pulverizado).
Se está utilizando en odontología como base de piezas dentales y en la unión de huesos,
así como en articulaciones porque la incrustación de titanio en el hueso del cuerpo humano no
provoca rechazo alguno y, pasado algún tiempo, se produce una soldadura de manera natural.
También se emplea para recubrimiento de edificios.
Proceso de obtención
El proceso de extracción es muy complejo por lo que encarece extraordinariamente el
producto final.
El método de obtención del titanio que más se emplea en la actualidad es el método Kroll,
que consta de:
Cloración: se calienta el mineral al rojo vivo y se le añade carbón obteniendo tetracloruro
de titanio.
Transformación: El compuesto se introduce en un horno a 800 ºC y se introduce un gas
inerte y magnesio. Se forma titanio esponjoso.
Obtención: El titanio esponjoso se introduce en un horno eléctrico y se le añade fundente,
el resultado es titanio puro.
5.2.3. METALES ULTRALIGEROS.
Magnesio
Su símbolo químico es Mg, su peso específico es 1,74 Kg/dm3 y su punto de fusión 650 ºC.
Los minerales de magnesio más importantes son: carnalita (es el más empleado y se halla en
forma de cloruro de magnesio, que se obtiene del agua del mar), dolomita y la magnesita. El
metal puro no se encuentra en la naturaleza. Tiene un color blanco brillante, parecido al de la
plata. Es maleable y poco dúctil.
Tiene gran afinidad por el oxígeno y reacciona rápidamente
cuando está pulverizado. Debido a esto se emplea en pirotecnia por
su combustión casi explosiva. Forma aleaciones ultraligeras (aluminio-
magnesio) por su densidad extraordinariamente baja. Se utilizan en la
fabricación de bicicletas, automóviles, llantas y motocicletas de competición. Además, el metal se
adiciona para eliminar el azufre del acero y el hierro.
Procedimiento de obtención
Dependiendo del mineral se obtiene por:
Electrólisis: se aplica al cloruro de magnesio fundido.
Por reducción: consiste en introducir el mineral en un horno eléctrico, al que se le añade
fundente para provocar la eliminación de oxígeno. Así se libera el magnesio metálico.
5.3. TRATAMIENTOS DE LOS METALES PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES.
34
Los metales se pueden someter a una serie de tratamientos para potenciar sus propiedades:
dureza, resistencia mecánica, plasticidad para facilitar su conformado,...
Existen cuatro clases de tratamientos:
Tratamientos térmicos. El metal es sometido a procesos térmicos en los que no varía su
composición química, aunque sí su estructura cristalina.
Tratamientos termoquímicos. Los metales se someten a enfriamientos y calentamientos,
pero además se modifica la composición química de su superficie exterior.
Tratamientos mecánicos. Se mejoran las características de los metales mediante
deformación mecánica, con o sin calor.
Tratamientos superficiales. Se mejora la superficie de los metales sin variar su
composición química másica. En estos tratamientos, a diferencia de los termoquímicos, no es
necesario llevar a cabo calentamiento alguno.
Los tratamientos no deben alterar de forma notable la composición química del metal pues,
en caso contrario, no sería un tratamiento, sino otro tipo de proceso.
Tratamientos térmicos
Son operaciones de calentamiento y enfriamiento de los metales que tienen por objeto
modificar su estructura cristalina (en especial, el tamaño del grano). La composición química
permanece inalterable.
Existen tres tratamientos fundamentales:
- Recocido. El metal se calienta durante cierto tiempo a una temperatura determinada y, a
continuación, se enfría lentamente. Se consigue una mayor plasticidad para que pueda ser
trabajado con facilidad. La temperatura y la duración de este tratamiento dependerán del
grado de plasticidad que se quiera comunicar al metal.
- Temple. Consiste en el calentamiento del metal, seguido de un posterior enfriamiento
realizado de forma brusca. Con esto se consigue obtener un metal muy duro y resistente
mecánicamente. El endurecimiento adquirido por medio del temple se puede comparar al que
se consigue por deformación en frío.
- Revenido. Se aplica exclusivamente a los metales templados, pudiendo considerarse como
un tratamiento complementario del temple. Con ello se pretende mejorar la tenacidad del
metal templado, a costa de disminuir un poco su dureza.
Tratamientos termoquímicos
Los tratamientos termoquímicos consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento
de los metales, completadas con la aportación de otros elementos en la superficie de las piezas.
Los más relevantes son:
- Cementación. Consiste en la adición de carbono a la superficie de un acero que presente un
bajo contenido en carbono a una cierta temperatura. Se obtiene así una dureza superficial
muy elevada.
35
- Nitruración. Es un proceso de endurecimiento del acero por absorción de nitrógeno a una
temperatura determinada. Además, proporciona una buena resistencia a la corrosión. Se
utiliza para endurecer piezas de maquinaria (bielas, cigüeñales, etc.); también herramientas,
como brocas, etcétera.
- Cianuración. Es un tratamiento intermedio entre los dos anteriores. Se utiliza no solamente
en aceros con bajo contenido en carbono (como en el caso de la cementación), sino también
en aquéllos cuyo contenido en carbono sea medio o alto, cuando se pretende que adquieran
una buena resistencia.
- Carbonitruración. Consigue aumentar la dureza de los aceros mediante la absorción
simultánea de carbono y nitrógeno a una temperatura determinada. La diferencia con el
tratamiento anterior radica en que la carbonitruración se realiza mediante gases, y la
cianuración por medio de baños. Se emplea en piezas de gran espesor.
- Sulfinización. Mediante la inmersión del metal en un baño especial se consigue incorporarle
una capa de carbono, nitrógeno y, sobre todo, azufre. Con este tratamiento se aumenta
considerablemente la resistencia al desgaste de los metales, a la vez que se disminuye su
coeficiente de rozamiento.
Tratamientos mecánicos
Mejoran las características de los metales por deformación mecánica, con o sin calor. Existen
los siguientes tratamientos mecánicos:
- Tratamientos mecánicos en caliente, también denominados forja. Consisten en calentar
un metal a una temperatura determinada para, luego, deformarlo golpeándolo fuertemente.
Con esto se afina el tamaño del grano y se eliminan del material sopladuras y cavidades
interiores, con lo que se mejora su estructura interna.
- Tratamientos mecánicos en frío. Consisten en deformar el metal a la temperatura
ambiente, bien golpeándolo, o por trefilado o laminación. Estos tratamientos incrementan la
dureza y la resistencia mecánica del metal y, también, acarrean una disminución en su
plasticidad.
Tratamientos superficiales
Los más utilizados son:
- Metalización. Se proyecta un metal fundido, pulverizándolo sobre la superficie de otro. Con
esto se consigue comunicar a la superficie de un metal las características de otro diferente.
- Cromado. Se deposita cromo electrolíticamente sobre el metal; de esta manera, se
disminuye su coeficiente de rozamiento y se aumenta su resistencia al desgaste.
5.5. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES METÁLICOS.
La evaluación y valoración del impacto ambiental producido por la extracción, transformación,
fabricación y reciclado de materiales metálicos constituye una técnica generalizada en todos los
países industrializados y, especialmente en la Unión Europea. Este impacto se produce:
Durante la extracción de los minerales. Si esta extracción se realiza a cielo abierto, el
36
impacto todavía puede ser mayor, ya que puede afectar a determinados hábitats.
Durante la obtención de los distintos metales. Las emisiones que salen de las fábricas
destinadas a la obtención de metales dañan a la atmósfera. La contaminación acústica
causada por los aparatos de estas fábricas. Tenemos diversos tipos de impactos.
En particular, en el proceso de obtención del hierro se obtienen humos y gases residuales
que se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos
en la reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en
un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente,
dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre.
Residuos
La industria, para fabricar los productos que usamos diariamente, genera gran cantidad de
residuos. Muchos de estos residuos pueden ser reciclados, pero otros no.
Los residuos industriales se pueden clasificar en inertes y tóxicos:
- Residuos inertes.
Son aquellos que no presentan ningún riesgo para el ambiente ni para las personas, bien
porque la propia naturaleza se encarga de degradarlos o porque, una vez depositados en
el vertedero, no experimentan transformaciones físicas, químicas o biológicas importantes.
- Residuos tóxicos y peligrosos.
Son aquellas sustancias inflamables, corrosivas, tóxicas o que pueden producir reacciones
químicas (si su concentración es mayor de un valor determinado), originando peligros para
la salud o para el medio ambiente. Estos residuos pueden ser: sólidos, líquidos o
gaseosos.
Durante el proceso de reciclado. El impacto ambiental es mucho menor que en la
obtención de minerales, pero también es importante.
37
5. LOS PLÁSTICOS.
Son unos materiales relativamente modernos, ya que su uso generalizado no comienza hasta
mediados del siglo XX, aunque la existencia de estos materiales se conoce desde antes.
Los plásticos son unos
materiales formados por
polímeros, es decir, por moléculas
muy largas (macromoléculas) que
se forman por la unión de muchas
moléculas pequeñas que reciben
el nombre de monómeros. Por ejemplo el PVC o policloruro de vinilo es un polímero formado por
la unión de muchas moléculas de cloruro de vinilo que serían los monómeros. El proceso industrial
que forma los plásticos a partir de los monómeros se llama polimerización.
Para formar estas grandes moléculas es preciso añadir determinados compuestos químicos,
llamados catalizadores, que provocan que se unan estas moléculas en grandes cadenas hasta
formar las macromoléculas. Dependiendo de como se unan estas cadenas, las propiedades del
plástico varían.
Existen muchos métodos industriales de fabricación de plástico. Durante la fabricación se le
pueden añadir a los plásticos diversas sustancias (aditivos y pigmentos) para variar su aspecto o
sus propiedades. El material plástico obtenido puede tener forma de bolitas, gránulos o polvos que
después se procesan y moldean para convertirlas en láminas, tubos o piezas definitivas del objeto.
Según su procedencia los plásticos pueden ser naturales o sintéticos. Los naturales se
obtienen de materias primas vegetales (como la celulosa o el látex) o animales (como la caseina).
Los sintéticos son los más abundantes, se fabrican a partir de derivados del petróleo, el gas
natural o el carbón.
6.1. PROPIEDADES DE LOS PLÁSTICOS.
Es difícil generalizar sobre las propiedades de los plásticos debido a la gran variedad de
estos que existe. Por ellos, las propiedades y características más significativas de la mayoría de
los plásticos son estas:
Conductividad eléctrica nula. Los plásticos conducen mal la electricidad, por eso se emplean
como aislantes eléctricos; lo vemos, por ejemplo, en el recubrimiento de los cables.
Conductividad térmica baja. Los plásticos suelen transmitir el calor muy lentamente, por eso
suelen usarse como aislantes térmicos; por ejemplo, en los mangos de las baterías de
cocina. Aunque la mayoría no suele resistir temperaturas elevadas.
Resistencia mecánica. Para lo ligeros que son, los plásticos resultan muy resistentes. Esto
explica por qué se usan junto a las aleaciones metálicas para construir aviones y por qué casi
todos los juguetes están hechos de algún tipo de plástico.
Combustibilidad. La mayoría de los plásticos arde con facilidad, ya que sus moléculas se
componen de carbono e hidrógeno. El color de la llama y el olor del humo que desprenden
38
suele ser característico de cada tipo de plástico.
Resistencia química. Casi todos los plásticos resisten muy bien el ataque de agentes químicos,
como los ácidos, que alteran los materiales, en especial a la mayoría de los metales. Con los
plásticos se construyen tuberías, ventanas, encimeras, depósitos para contener ácidos, etc.
Baja densidad. La mayoría de los plásticos son materiales poco densos, esto es, pesan poco, y
esta es la razón por la que se fabrican muchas piezas de los coches, juguetes, recipientes
como tubos, etc.
Elasticidad. Algunos plásticos son muy elásticos (se estiran mucho antes de romperse), Esta
propiedad hacen que se puedan emplear para fabricar ruedas de coche, suelas para zapatos,
trajes de buzo, gomas elásticas, etc.
Temperatura de fusión. Los plásticos tienen una temperatura de fusión muy baja lo que hace
que su uso sea limitado en la fabricación de objetos que precisen una alta resistencia al
calor. Esta propiedad también tiene sus ventajas. Al tener un punto de fusión bajo, hay que
emplear poca energía térmica para derretirlo, lo que facilita algunos procesos de fabricación
como el doblado, el moldeo, la inyección, etc.
Bajo costo de producción. Podríamos destacar lo económicos que son, salvo excepciones, lo
sencillo de sus técnicas de fabricación y la facilidad que tienen para combinarse con otros
materiales, con lo que es posible crear materiales compuestos con mejores propiedades,
como el poliéster reforzado con fibra de vidrio.
Fáciles de trabajar y moldear.
Suelen ser impermeables. No dejan pasar los líquidos.
Propiedades ecológicas. Algunos son biodegradables y fáciles de reciclar, otros no, y si se
queman son contaminantes.
6.2. TIPOS DE PLÁSTICOS. APLICACIONES.
La forma en la que se unen las distintas cadenas de polímeros hace que el plástico se
comporte de una forma o de otra, dando lugar a tres tipos de plásticos: termoplásticos,
termoestables y elastómeros.
6.2.1. TERMOPLÁSTICOS.
Son aquellos que se ablandan cuando se calientan,
volviendo a endurecerse al enfriarse. Este proceso puede repetirse
todas las veces que se quiera. Las cadenas de polímero están
unidas débilmente entre si, por lo que al calentar se rompe esta unión, pudiendo separarse unas
de otras y por lo tanto el plástico se ablanda. Al enfriarse el plástico conserva la nueva forma que
se le haya dado.
La temperatura máxima a la que pueden estar expuestos no supera los 150 ºC, salvo el
teflón, que se utiliza como recubrimiento en ollas y sartenes.
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Son plásticos de este tipo el PVC (policloruro de vinilo), el polietileno (PE), el poliestireno
(PS), el polipropileno (PP), el metacrilato (PMMA), el nailon (PA), el celofán y el teflón.
6.2.2. TERMOESTABLES.
Los plásticos termoestables sufren un proceso
denominado curado cuando se les da la forma aplicando presión
y calor. Durante este proceso, las cadenas de polímeros se entrecruzan, dando un plástico rígido
y más resistente a las temperaturas que los termoplásticos, pero más frágiles al mismo tiempo. Si
se vuelve a calentar se descompone y se quema.
Las cadenas de polímero están tan fuertemente unidas que al calentar se descompone
antes el polímero que la unión entre cadenas. No pueden volver a ablandarse y reciclarse
mediante calor.
Plásticos de este tipo son el poliuretano (PUR), la baquelita (PH), la melamina, la resina de
poliéster (UP) y la resina epoxi.
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6.2.3. ELASTÓMEROS.
Las macromoléculas de los plásticos elastómeros forman
una red que puede contraerse y estirarse cuando estos
materiales son comprimidos o estirados, por lo que este tipo de
plásticos son muy elásticos.
No soportan bien el calor y se degradan a temperaturas medias, lo que hace que el
reciclado por calor no sea posible.
De este tipo son el caucho (natural y sintético), el neopreno y la silicona.
6.3. FABRICACIÓN DE OBJETOS DE PLÁSTICOS.
Para fabricar un plástico son necesarios los siguientes elementos:
a) Materia básica: son los monómeros que formarán parte del polímero. Se comercializan
en forma de gránulos que se llaman granza, polvo, líquido (resina), láminas, bloques, etc.,
para posteriormente ser utilizado para la fabricación de objetos.
b) Cargas: son otros materiales que se añaden para abaratarlo o mejorarlo, como fibra de
vidrio, papel y fibras textiles.
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c) Aditivos: mejoran las cualidades del polímero, como transparencia, color, etc.
d) Catalizadores: utilizables en algunos casos, su misión es acelerar el proceso de
polimerización.
Una vez que disponemos de los materiales anteriores, se mezclan convenientemente y
mediante el aporte de calor pasan a un estado pastoso (plástico) y según el tipo de plástico y
objeto que va a construirse, se emplean varias técnicas dependiendo del tipo de plástico y del
objeto que se quiera fabricar.
Todas las técnicas tienen en común que es necesario calentar el plástico e introducirlo en un
molde. La diferencia de cada una de las técnicas de procesado está en la manera de dar forma al
polímero.
Entre las diversas técnicas de moldeo, podemos destacar: moldeo por compresión, por
inyección, por extrusión, por extrusión y soplado, por termoconformación (por vacío) y por
calandrado.
6.3.1. MOLDEO POR COMPRESIÓN.
La fabricación por compresión se aplica fundamentalmente con plásticos termoestables,
como la baquelita. Se coloca el plástico
en un molde de acero y se calienta para
que se vuelva pastoso. Con una prensa
neumática o hidráulica se aplica presión
para que el plástico tome la forma del
molde. A continuación se deja enfriar y se extrae del molde. Se usa mucho para fabricar piezas
que deban resistir altas temperaturas (mangos o asas de cacerolas o sartenes...) o deban ser
buenos aislantes eléctricos (portalámparas, cajas de fusibles...).
Es un proceso que se utiliza para la fabricación de grandes series de piezas de forma no
muy complicada.
6.3.2. MOLDEO POR INYECCIÓN.
Es uno de los procedimientos más empleados y consiste en inyectar el plástico,
normalmente termoplástico, en un molde por medio de una máquina llamada inyectora (similar a
la extrusionadora).
El material en forma de gránulos se introduce en la tolva, y un tornillo de grandes
dimensiones (husillo) lo desplaza a través de un tubo caliente, donde se funde. Posteriormente se
introduce a presión en el interior de un molde metálico para que tome la forma deseada. Cuando
se enfría, se abre el molde
y se extrae la pieza.
Se trata una de las
técnicas más comunes ya
que permite realizar
42
formas complicadas con medidas muy precisas. Hay numerosos ejemplos: platos y vasos de
camping, carcasas de objetos (teléfonos móviles), cubos, juguetes, engranajes de plástico, etc.
6.3.3. MOLDEO POR EXTRUSIÓN.
Este proceso consiste
en fabricar perfiles largos de
sección uniforme. Para ello
se utiliza una máquina
especial, llamada
extrusionadora.
La extrusión consiste en hacer pasar una masa de plástico fluido a través de un orificio. La
forma de este orificio, la boquilla, determina la forma del producto final.
El plástico en forma de gránulos, generalmente termoplástico, se introduce en un tubo
caliente. Un tornillo de grandes dimensiones desplaza el material fundido hasta un molde que
tiene la forma que se quiere obtener. Finalmente, el material se introduce en un túnel, donde se
enfría lentamente.
Mediante la extrusión se fabrican tubos, mangueras, canalones, aislantes de cables de
cobre, perfiles de todo tipo, etc.
6.3.4. MOLDEO POR EXTRUSIÓN Y SOPLADO.
Mediante una extrusionadora se le da una forma tubular al plástico fundido. A continuación
se introduce en un molde y se
inyecta aire comprimido en su
interior hasta que se adapta a la
forma de las paredes.
Esta técnica se utiliza para
fabricar todo tipo de envases y otros objetos huecos como botellas de agua o refrescos, botes de
champú o detergente, juguetes (balones), etc.
6.3.5. MOLDEO POR CONFORMADO AL VACÍO (TERMOCONFORMADO).
Se coloca una lámina de plástico (normalmente termoplástico) sobre el molde del objeto que
queremos fabricar. Mediante resistencias eléctricas (o
fuente de calor infrarroja) se calienta la lámina hasta
reblandecerla. A continuación se pone en contacto el
molde y la lámina caliente y se extrae el aire que hay
entre ellos, para que el plástico se adapte a las paredes
del molde. Se utiliza para fabricar objetos con paredes
muy finas como vasos y platos desechables, envases para alimentos, máscaras, juguetes, etc.
6.3.6. MOLDEO POR CALANDRADO.
Se utiliza una máquina llamada calandradora. Mediante una tolva se introduce plástico
fundido en la parte superior de la calandradora y se hace pasar entre unos rodillos que le dan la
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forma de lámina o placa continua. Finalmente se enfría esta
lámina haciéndola pasar por un baño de líquidos o una corriente
de aire. Este proceso se usa, sobre todo, para fabricar láminas de
PVC, láminas de invernadero, carpetas, etc.
6.4. IDENTIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS.
Los plásticos son unos de los materiales que resultan más
difíciles de identificar. Debido a esto los fabricantes han llegado a
un acuerdo para designarlos.
Podrás ver en muchos objetos de plástico un anagrama formado por tres flechas curvadas y
en el centro una cifra. Las flechas son un símbolo de reciclado y la cifra identifica el tipo de
plástico. En la siguiente figura aparecen los símbolos de los plásticos que se pueden reciclar y una
tabla con la equivalencia de algunas cifras con el tipo de plástico.
1 PET Polietileno tereftalato
2 HDPE Polietileno de alta densidad
3 PVC Policloruro de vinilo
4 LDPE Polietileno de baja densidad
5 PP Polipropileno
6 PS Poliestireno
7 Otros
Pero los plásticos casi nunca se emplean en forma pura, sino mezclados con aditivos y
colorantes que hacen que su identificación sea, a veces, muy difícil. Para identificarlos se le
pueden someter a ensayos (de dureza, de densidad, observando la llama, etc.).
6.5. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES PLÁSTICOS.
Una de las propiedades importantes de los plásticos son las propiedades ecológicas, es
decir, el impacto que la fabricación o uso de un material causa en el medio ambiente.
Dentro de estas propiedades cabe destacar el problema que supone la eliminación de los
plásticos del medio ambiente una vez que ya han sido utilizados.
Aunque algunos plásticos pueden ser descompuestos de forma natural (plásticos
biodegradables) por las bacterias del suelo o la luz solar, la gran mayoría de estos materiales son
especialmente resistentes a ser destruidos por la naturaleza.
Para eliminar los plásticos se puede recurrir a tres métodos:
Incineración: quemar los plásticos produce gran cantidad de energía que se puede
aprovechar, aunque produce gran contaminación de la atmósfera.
Reciclado químico: se someten a un tratamiento químico en el que se recuperan los
constituyentes originales del plástico para poder fabricar otra vez plástico nuevo. Este
procedimiento es costoso (en la mayoría de los casos es más barato fabricar el plástico
nuevo a partir del petróleo).
Reciclado mecánico: algunos plásticos se pueden triturar y volverlos a utilizar para
fabricar objetos nuevos o para producir un aglomerado de plástico.
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6. MATERIALES TEXTILES.
Se conocen como materiales textiles o tejidos a los que están formados por fibras
entrelazadas que constituyen hilos. Como sabemos, con estos hilos se fabrican multitud de telas
que se destinan a usos conocidos como vestimenta, tapicería, cortinas, etc.
La industria textil es el sector de la economía dedicado a la producción de ropa, tela, hilo, fibra
y productos relacionados. Está dividida en distintos subsectores textiles, los cuales citamos a
continuación:
Producción de fibras. Las fibras son las materias primas básicas de toda producción
textil, dependiendo de su origen, las fibras son generadas por la agricultura, la ganadería,
la química o la petroquímica.
Hilandería. Es el proceso de convertir las fibras en hilos.
Tejeduría. Es el proceso de convertir hilos en telas.
Tintorería y acabados. Son los procesos de teñir y mejorar las características de hilos y
telas mediante procesos físicos y químicos.
Confección. Es la fabricación de ropa y otros productos textiles a partir de telas, hilos y
accesorios.
Alta costura. El sector dedicado a la confección de artículos de lujo. Aunque produce
cantidades menores de artículos, estos son de gran valor y crean las modas que
determinan la dirección del mercado.
7.1. CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS TEXTILES.
Se denomina fibra textil a los materiales compuestos de filamentos y susceptibles de ser
usados para formar hilos o telas, bien sea mediante tejido o mediante otros procesos físicos
(trenzado) o químicos.
El tejido, una de las primeras actividades artesanales, ya se practicaba en el neolítico, como
lo demuestran los fragmentos de fibras de lino hallados en los restos de poblados lacustres de
Suiza. En el antiguo Egipto los primeros textiles se tejían con lino; en la India, Perú y Camboya
con algodón; en Europa meridional con lana y en China con seda.
Atendiendo a su origen, las fibras textiles se pueden clasificar en:
Naturales.
- De origen vegetal.
- De origen animal.
- De origen mineral.
Artificiales.
Sintéticas.
Atendiendo a su composición, las fibras textiles se pueden clasificar en:
Orgánicas.
Inorgánicas.
7.1.1. FIBRAS NATURALES.
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Se extraen de materias primas vegetales, animales o minerales. En la mayoría de los casos,
las fibras se limpian, se desenredan, se estiran, se tiñen y se trenzan para formar hilos de
diferentes longitud y grosor que, por último, se entrecruzan para fabricar tejidos.
Fibras de origen vegetal
Las fibras vegetales provienen principalmente de celulosa, que, a diferencia de las
proteínas de las fibras de origen animal, es resistente a los álcalis. Estas fibras son asimismo
resistentes a la mayoría de los ácidos orgánicos, pero los ácidos minerales fuertes las destruyen.
La utilización incorrecta de la mayoría de los blanqueadores puede debilitar o destruir estas fibras.
Algodón
Procede del fruto de esta planta de la familia de las Malváceas. Aunque su
color natural es el blanco, se puede teñir de una gran variedad de colores. Es
elástico y flexible, buen aislante térmico, resistente a los ácidos, ligero y
permeable. Absorbe fácilmente el sudor y en general el agua. Tienden a
encoger y desteñir.
Lino
Se obtiene del tallo de la planta del mismo nombre de la familia de las
Lináceas. Es elástico y flexible, buen conductor térmico (por lo que sus tejidos
son frescos) y resistente al cloro y a las lejías (álcalis). Tiene una alta
resistencia mecánica y es muy elástico. Suele arrugarse con facilidad.
Esparto
Se extrae de la hoja de una planta herbácea (Stipa tenacísima). Es muy
duro, tenaz, resistente y carece de suavidad. Se utiliza en la industria del
calzado (suelas para calzado), artículos de artesanía, decoración y
cordelería (como el cáñamo).
Fibras de origen animal
El componente principal del pelo, la lana y la piel protectora de los animales es la
queratina. Las fibras del pelo y de la lana no son continuas y si están destinadas a la fabricación
de productos textiles deben hilarse. También pueden convertirse en fieltro.
El componente principal de la seda es la fibroína proteínica. Algunos insectos y arañas
producen filamentos continuos de seda en sus abdómenes.
Lana
Procede, principalmente, del pelo de las ovejas. Su color natural puede ser blanco, negro, gris
pardo o amarillo, pero se tiñe con facilidad. Es muy elástica y bastante resistente a la acción de
los ácidos. Su resistencia mecánica es relativamente baja y disminuye con la humedad. La lana se
obtiene después de esquilar a las ovejas.
Seda
Se trata de una sustancia líquida, segregad a por determinadas orugas,
que se solidifica en contacto con el aire formando hilos finísimos. El
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gusano de seda es el único insecto que produce la seda auténtica utilizada en los productos
textiles. Presenta una elevada resistencia y elasticidad y es un buen aislante térmico y eléctrico.
Se descompone rápido con el calor y la luz también la descompone.
Cuero
El cuero se obtiene a partir de la piel o pellejo de determinados animales (cabra,
oveja, buey, camello, vaca, reptiles, peces y aves) mediante el proceso de
curtido. Dicho proceso conlleva una serie de operaciones, principalmente el
salado y el secado, el ablandado en agua, el depilado y descarnado. El cuero se
emplea para una amplia gama de productos. La variedad de pieles y de sistemas de procesado
producen cueros suaves como telas o duros como suelas de zapato.
Fibras de origen mineral
Amianto
El amianto es un mineral que se halla en todos los lugares del mundo. Este mineral se extrae en
minas a cielo abierto y tiene una estructura fibrosa.
Se trata de un mineral que convenientemente tratado permite obtener de
él fibras resistentes al fuego, por lo que es utilizado para confeccionar
prendas ignífugas. Otro uso es combinado con cemento, dando lugar al
fibrocemento (Uralita). Se ha descubierto que la fibra de amianto, que se
empleaba en el pasado en aislamientos y protecciones ignífugas, es cancerígena, por lo que
actualmente está dejando de utilizarse.
Metales
Algunos metales, como el oro, la plata y el cobre, debido a su ductilidad, se utilizan en forma de
hilos para trajes regionales, de luces y relacionados con el culto religioso.
7.1.2. FIBRAS ARTIFICIALES.
Las fibras obtenidas de productos naturales se las denomina fibras artificiales. Las fibras
textiles artificiales poseen propiedades semejantes a las de las fibras naturales. Aunque pueden
obtenerse a partir de proteínas vegetales presentes en determinadas plantas (cacahuete, maíz o
soja), generalmente derivan de la celulosa y de la caseína.
La celulosa, un hidrato de carbono complejo, es el componente básico de las paredes de las
células vegetales. De color blanco, sin olor ni sabor, sus aplicaciones industriales no se reducen al
campo textil; se emplea, asimismo, en la fabricación de papel, plásticos o explosivos.
Por su parte, la caseína es una proteína rica en fosfatos, que se encuentra presente en la
leche de los mamíferos; por la acción de enzimas se transforma en paracaseína insoluble (queso).
Rayón
El rayón, la más común de las fibras artificiales, se elabora a partir de la celulosa extraída de la
pulpa de algunos árboles como los abetos. Desde su obtención, a finales del siglo XIX, se ha
utilizado en numerosos productos textiles. Al principio fue denominado seda artificial por su
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parecido con la seda en su forma filamentosa, pero la composición química del rayón y la seda es
totalmente diferente.
El rayón puede obtenerse de dos modos: por el proceso viscosa y por el cuproamónico. Los dos
tipos de rayón más consumidos son:
La seda viscosa, o seda artificial común.
La seda al acetato o acetato de celulosa.
7.1.3. FIBRAS SINTÉTICAS.
Las fibras sintéticas se elaboran mediante síntesis químicas, a través de un proceso
denominado polimerización. En la actualidad, la mayoría de las fibras sintéticas se fabrican a partir
de derivados petroquímicos y están formadas por polímeros muy largos parecidos a los plásticos
en su estructura.
Las fibras sintéticas se fabrican dando forma de filamentos a los líquidos dentro de un
ambiente que hace que se solidifiquen. A continuación se tratan para conseguir ciertas cualidades,
como resistencia al calor y a la humedad, facilidad de tinción y elasticidad.
Las fibras sintéticas, como el nailon, el poliéster, la lycra (poliuretano), son materiales
plásticos. Se caracterizan por su gran duración, resistencia e impermeabilidad. Actualmente, en la
fabricación de fibras textiles se emplea una mezcla de fibras naturales y sintéticas.
Poliamidas
Las poliamidas resultan de la combinación de ácidos con dos grupos funcionales y aminas,
también con dos grupos.
La fibra más conocida es el nylon, descubierta en 1938. Fue la primera fibra completamente
sintética, producida en el laboratorio a partir de cuatro elementos (nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y
carbono). Es una fibra elástica, que se utiliza en todo tipo de fabricaciones textiles y también para
filtros y usos deportivos (hilos de pescar, encordados de raquetas).
Ventajas: tienen una gran resistencia, brillo y elasticidad, no siendo atacada por insectos,
putrefacción o abrasión.
Inconvenientes: son fibras termoplásticas (se deforman con el calor) y absorben muy poco la
humedad, produciendo alergias a pieles sensibles.
Poliéster
Los poliésteres son polímeros derivados de ácidos, también con dos grupos funcionales y
alcoholes, igualmente con dos grupos alcohólicos. La fibra más conocida es el tergal. Se suelen
mezclar mucho con la lana.
Acrílicas
Se obtienen por polimerización del acrilonitrilo. Sus propiedades son parecidas a las del poliéster.
Son muy resistentes a la luz y a la intemperie. Se emplean mayoritariamente en géneros de punto.
La fibra más conocida es el leacril.
Poliuretano
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Se obtiene del uretano. Estas fibras tienen una enorme elasticidad por lo que se usan en la
confección de prendas de corsetería, bañadores y prendas deportivas. La fibra más conocida es la
lycra.
Fibra de vidrio
Las fibras largas se obtienen haciendo pasar vidrio fundido a presión por una hilera y a
continuación ser aglutinados por adhesivos derivados de las siliconas, formado un fieltro. Este tipo
de fibra posee una gran resistencia a temperaturas elevadas y es un buen aislante térmico. Se
comercializa en forma de mantas o paneles de diferentes espesores. Se emplea en la fabricación
de tejidos incombustibles como telones de teatro, cortinas ignífugas… Su mayor aplicación es
mediante su mezcla con resinas de poliéster como piscinas, depósitos, carrocerías, etc.
7.2. FABRICACIÓN DE HILADOS.
Fabricación de hilados de lana
La lana sucia que se obtiene después de esquilar tiene una espesa capa grasienta: mugre,
segregadas por las glándulas sebáceas del animal, además contiene semillas, excrementos y
restos de vegetales.
El lavado de la lana se hace con soluciones tibias de jabón blando, soda Solvay y detergente.
Luego se la deseca.
La fabricación de hilados de lana es complicada comprendiendo:
- El cardado: son cilindros dentados rotatorios que abren los vellones orientando las fibras.
- El peinado: alinea las fibras según su eje longitudinal.
- Las hebras de la lana peinada son unidas, retorcidas y estiradas hasta lograr un hilo fino y
resistente.
Fabricación de hilados de lino, cáñamo y yute
Del tallo de varios vegetales se extraen fibras textiles, en cuya composición química predomina la
celulosa. Unas de estas plantas son cáñamo, yute y lino.
Los hilados de lino son resistentes, aunque poco elásticos. Se tiñen con dificultad. Por su tacto
suave y fresco se emplean en vestimenta, sabanas y manteles. Cáñamo y yute son fibras de uso
industrial, para fabricar sogas, cordeles delgados, bolsas de arpillera y plantillas de alpargatas.
Las fibras de cáñamo y yute son bastante gruesas, rígidas y ásperas. Su color es amarillento.
La elaboración de estos hilados se cumple en etapas sucesivas:
- Fermentación, dentro de agua tibia, para destruir las sustancias gomosas que agrupan las
fibras. Como esta operación se efectuaba a orillas del río se la denomina el enriado.
- Lavado y subsiguiente secado de las fibras aisladas.
- Agramado, que es un peinado para eliminar las fibras rotas y enroscadas. Con ellas se hace la
estopa.
Fabricación de seda
La seda bruta es rígida, áspera y de color amarillento.
Se la puede tratar de dos formas:
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- Se la puede lavar con jabón, así eliminando casi totalmente la ceresina. Se obtiene la seda
cruda o semicocida, que es blanca y brillante pero poco flexible.
- Si se la trata con soluciones calientes de soda Solvay, la ceresina y los filamentos de fibroina
se separan completamente. Se obtiene la seda desgomada o cocida, que tiene blancura,
suavidad al tacto y elasticidad, gracias a su menor diámetro.
Fabricación de hilados de algodón
En la desmontadora, cilindros dentados rotativos separan las semillas de las fibras, que son
arrastradas por corrientes de aire.
Las semillas quedan recubiertas de fibras cortas llamadas Linter. Una vez desprendidas sirven de
materia prima para elaborar derivados de la celulosa: pinturas de Duco, celuloide y sedas
artificiales.
La fabricación de hilados de algodón comprende:
- Cardado
- Peinado
- Retorcido
- Estirado
En el gaseado el hilado circula a gran velocidad cerca de una llama que quema las pelusillas
superficiales.
El algodón común, ligeramente amarillo y graso al tacto, si se lava con soluciones concentradas
de hidróxido de sodio se obtiene el algodón mercerizado, suave, lustroso y de alta resistencia a la
tracción. Además se tiñe fácilmente y retiene mejor la coloración. Con algodón mercerizado se
hacen los "hilos de coser".
Fabricación de hilados de fibras artificiales o sintéticas
Rayón (fibra artificial)
El proceso de obtención del rayón consiste, en primer lugar, en disolver la celulosa, empleando
para ello distintos disolventes que darán lugar a los diferentes tipos de rayones. A continuación, se
realiza un proceso de extrusión llamado hilado, que consiste en hacer pasar la masa pastosa
obtenida a través de una hilera con orificios de boquillas finas, y de esta forma transformarla en
finos filamentos. Una vez secos, los filamentos se retuercen, quedando listos para el proceso de
hilado.
Fibras sintéticas
La mayoría de las fibras sintéticas son termoplásticas, algunas suficientemente
estables por encima de su punto de fusión, para permitir hilarlas directamente a partir
del polímero fundido. El proceso de fabricación consiste en hacer pasar una masa
fluida, por gravedad o presión, a través de unas hileras que forman las fibras del
espesor adecuado. Estas fibras, al contacto con el aire u otros productos, se secan y
constituyen los hilos para ser tratados posteriormente. Dentro de las fibras sintéticas,
las acrílicas son las más resistentes, el nylon y el propileno polimerizado las menos resistentes.
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7.3. TEJIDOS.
Una vez confeccionadas las fibras textiles se forman hilos largos, finos y resistentes que
entrecruzándolos se forman tejidos como telas, paños, y otros.
La fabricación de las telas posee las siguientes etapas:
Obtención de las fibras textiles, por extracción si son naturales, o por elaboración si son
artificiales.
Conversión de las fibras textiles en hilados.
Tejidos de los hilados.
Procesos complementarios: blanqueo, teñidos, abrillantado y estampado, aplicados a los
hilados o a los tejidos.
Para obtener un tejido es preciso entrecruzar debidamente uno o varios hilos los cuales
pueden ser del mismo tipo de fibra o una mezcla (natural y sintética), con el fin de conseguir
mejores propiedades. Según la forma de realizar el entrecruzamiento pueden formarse diferentes
clases de tejidos:
Tejidos de punto: formados por un solo hilo entrelazado consigo mismo (máquinas
tricotosas).
Tejidos de encaje: los hilos se anudan y retuercen dando lugar a tejidos abiertos que
forman figuras (encaje de bolillos).
Tejidos clásicos: mediante el entrecruzamiento de gran número de hilos (trama y
urdimbre) en un telar.
7.4. TINTE O TEÑIDO DE MATERIALES TEXTILES.
El tinte es una sustancia que comunica el color más o menos permanente a otros materiales.
Sin embargo, no todas las sustancias coloradas son tintes.
Por lo general los tintes son solubles en agua, aunque algunos lo son solamente durante la
aplicación, después de la cual se convierte en insolubles.
Dependiendo del mecanismo de penetración de las sustancias coloradas en la estructura
interna de las fibras, este color puede ser más o menos resistente al lavado.
Si lo color es completamente resistente al lavado y a la luz, se llama sólido, si el color se
elimina o pierde intensidad fácilmente, constituye un tinte fugitivo.
Tintes naturales y sintéticos
Antiguamente se usaban materiales naturales tales como el azafrán, la cochinilla y los tintes
derivados de plantas o de animales. Para lograr los colores se utilizaban diferentes métodos.
La gran parte de los tintes naturales necesitan fijadores para obtener un buen resultado. Los
colorantes artificiales han logrado bajar la producción de los tintes naturales ya que sus tonos son
más variados y más brillantes.
Los colorantes sintéticos fueron uno de los resultados que más sobresalieron de los avances
de la química, además fue la primera producción comercial de un producto químico orgánico
sintético.
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El empleo más importante de los tintes consiste en el teñido del algodón, lana, lino y seda
natural. El cuero fue uno de los primeros materiales que se coloró y ha retenido más que ninguna
otra materia el empleo de los tintes naturales, aunque existen muchos colorantes textiles sintéticos
y otros específicos para el cuero. Debido a la dificultad de penetración en la compacta estructura
del cuero, la coloración superficial por pulverización o por brocha se emplea en gran escala.
Las fibras creadas a base de celulosa pueden ser teñidas con los colorantes que
comúnmente se utilizan para las fibras naturales, aunque esto en la mayoría de los casos es poco
satisfactorio y hasta irrealizable, por esta razón en la actualidad existen colorantes especiales para
teñir estas telas.
En las fibras sintéticas, la incorporación de un colorante al polímero permite teñir el material
antes de su hilado, lo que se traduce en un óptimo nivel de estabilidad cromática en la fibra, que,
además de no desteñir, elimina la necesidad de recurrir a posteriores operaciones de fijado del
tinte.
7.5. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES TEXTILES.
7.5.1. PROPIEDADES MATERIALES TEXTILES NATURALES.
Ventajas
Poseen un tacto suave debido a su gran capacidad de absorción de la humedad, que hace
que no acumulen electricidad estática y sean unas fibras muy confortables.
Son tejidos cálidos en invierno y frescos en verano.
Se lavan con facilidad. Su buen comportamiento ante los detergentes hace que sean
resistentes a lavados repetidos.
No producen alergias.
Inconvenientes
Su estructura provoca que se arruguen fácilmente.
Cuando los periodos de exposición a la luz son largos, pierden resistencia y amarillean.
Los tejidos de algodón encogen en los primeros lavados debido a la distensión del tejido
tras su proceso de fabricación.
Son tejidos más caros.
7.5.2. PROPIEDADES MATERIALES TEXTILES SINTÉTICOS.
Ventajas
Gran duración y resistencia a todos los agentes (químicos, insectos, etc.).
Fácil cuidado (muchos no necesitan planchado, se quita la suciedad fácilmente).
Suficiente resistencia y elasticidad.
Tintabilidad, es decir, que se le pueda aplicar color de forma permanente.
Son más baratos.
Inconvenientes
Tienen poca higroscopicidad (absorben muy poco la humedad), con lo que producen
sensación de frío en invierno y calor en verano.
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En algunos (como los acrílicos) se da el fenómeno del “piling”
Producen alergias en pieles sensibles.
7.6. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES TEXTILES.
Cuando vamos a una tienda a comprar ropa y calzado debemos ser conscientes de que ésta
ha llegado hasta allí después de múltiples procesos de producción que tienen unas implicaciones
medioambientales y sociales. La gran cantidad de ropa que se produce conlleva una explotación
de los recursos naturales, que en su mayoría no se van a recuperar mediante el reciclaje.
A lo largo del ciclo de vida de la ropa, los puntos donde se producen mayores impactos
ambientales son en la obtención de materias primas y la producción de los tejidos, cuyo mayor
problema radica en el uso de tintes y blanqueo del tejido.
Aunque tradicionalmente la ropa sólo se producía con fibras textiles naturales, hoy en día se
utilizan cada vez más las fibras artificiales, que se obtienen mediante síntesis química, y las fibras
sintéticas, que se obtienen mediante síntesis química a partir de derivados del petróleo, recurso
no renovable, y que generan un gran impacto ambiental en su producción.
Recientemente numerosas empresas, instituciones y particulares dentro del mundo de la
moda han comenzado a entender la importancia de la ética empresarial. Un amplio abanico de
iniciativas sobre reciclaje, condiciones laborales, mejoras del impacto ambiental, etc., se han
puesto en marcha en todo el mundo.
Existen empresas que producen y comercializan determinados artículos realizados con
algodón ecológico y otros materiales textiles más sostenibles que los convencionales (cáñamo,
lino ecológico, etc.).
La actividad que llevan a cabo las organizaciones y empresas de recuperación y reciclaje de
textiles, proporciona ventajas por utilizar productos reciclados.
Entre estos beneficios tenemos:
Disminuir la contaminación en general y el consumo de energía.
Utilizar menos combustibles fósiles en su producción.
Reducir el volumen de residuos sólidos en los vertederos.
Ahorrar materia prima virgen.
7.7. RECICLAJE DE MATERIALES TEXTILES.
El reciclaje de los residuos textiles evita que éstos se acumulen en los vertederos, además
de darles un nuevo aprovechamiento a sus materiales.
Los residuos textiles pueden ser utilizados para la elaboración de nuevas materias primas.
Para ello se necesita clasificar por tipos de fibras (lana, poliéster, algodón, seda, nylon, etc.) para
posteriormente desmontar las piezas y volver a hilar. Los nuevos hilados pueden ser usados por el
sector de la confección para la fabricación de piezas nuevas (por ejemplo, trapo de limpieza para
distintas industrias).
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Algunas de las fibras recuperadas y recicladas también pueden ser utilizados en la
fabricación de acolchados de muebles y colchones, rellenos aislantes, soportes para alfombras,
filtros, etc.
El reciclaje de los residuos textiles evita que éstos se
acumulen en los vertederos, además de dar continuidad al ciclo
de vida del producto. Sin embargo, con las nuevas costumbres de
consumo y moda la mejor opción para la ropa de la que nos
deshacemos y que está en buen estado, es siempre la
reutilización.
Esta ropa que muchas veces es tratada como basura, puede ser reutilizada, siempre y
cuando haya separado selectivamente por los ciudadanos, por ello los que quieran deshacerse de
ropa y otros textiles del hogar que estén en buen estado, pueden donarlos o bien depositarlos en
los contenedores específicos de ropa usada que hay instalados en la vía pública o llevarlo a los
puntos limpios de su municipio.
Muchas entidades sin ánimo de lucro se dedican a la recogida de ropa usada, que después
de pasar por un proceso de manipulación, son entregadas a grupos necesitados ó
comercializadas en mercadillos como ropa de segunda mano o vendidas como trapos de limpieza.
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8. MATERIALES DE LA CONSTRUCCIÓN.
Los materiales de la construcción se emplean desde que el ser humano busca cobijo de las
inclemencias del tiempo: lluvia, frío o sol.
Los materiales empleados en la construcción de viviendas, edificios y grandes obras de
ingeniería se pueden clasificar en:
Pétreos.
- Aglutinantes.
Cerámicos.
- Cerámicas
- Vidrios.
Otros (madera, metales, plásticos, etc.).
Del conocimiento las propiedades y características de cada uno de ellos, depende en muchos
casos, la elección entre uno u otro material en la construcción de viviendas, edificios, etc.
8.1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE LA CONSTRUCCIÓN.
Cada tipo de material posee una serie de características que le hacen más adecuado para
una u otra aplicación. Algunas de las propiedades más importantes de los materiales de la
construcción son la densidad, la resistencia a la compresión y a la tracción, dureza, fragilidad,
resistencia a la corrosión, etc.
Densidad
Se puede decir que, en general, los materiales de la construcción son de densidad media.
Son menos pesados que algunos metales. Ejemplos: Hormigón (2400 Kg/m3), Vidrio (2500
Kg/m3), Acero (7800 Kg/m3).
Resistencia a la compresión
Los materiales pétreos y cerámicos son muy resistentes a la compresión, en algunos casos,
más que el acero, como por ejemplo el vidrio.
Los pilares de una vivienda deben ser resistentes a esfuerzos de compresión. El acero aun
siendo más resistente a este esfuerzo que el hormigón, no se utiliza para este fin, ya que es más
caro y pesado que éste. (Datos: hormigón →50 MPa; acero →440 MPa; vidrio →1000 MPa).
Resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción indica la fuerza que un material es capaz de soportar antes de
romperse, cuando se le somete a estiramientos. Los materiales pétreos, cerámicos y vítreos son
poco resistentes a la tracción. En el caso del hormigón, se refuerza con una armadura de acero
para aumentar esta resistencia (hormigón armado). (Datos: hormigón →7 MPa; acero →50 MPa;
vidrio →450 MPa).
Dureza
La dureza es la resistencia que opone un material a ser rayado por otro. Los materiales
empleados en la construcción no se rayan fácilmente, por lo que son muy resistentes al desgaste
y a la fricción.
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Fragilidad
La fragilidad es la facilidad que tiene un material a romperse sin que se deforme
plásticamente. Las cerámicas y el vidrio son muy frágiles.
Resistencia a la corrosión
Los materiales de la construcción aguantan muy bien condiciones medioambientales
agresivas, como humedad, cambios de temperatura, etc., y son muy duraderos.
8.2. MATERIALES PÉTREOS.
Existe un amplio abanico de materiales que se obtienen directamente de la naturaleza y
tienen múltiples aplicaciones en la construcción. Es el caso de algunas rocas y minerales.
La piedra natural es el material de construcción más antiguo que han usado los seres
humanos. Estas piedras naturales que pueden presentarse en forma de bloques o losetas, o
también como gránulos. Algunos de los materiales pétreos más utilizados son:
La arena
La arena está formada por fragmentos muy pequeños de rocas. Se emplea
mucho en construcción para elaborar otros materiales: mortero, hormigón,
pavimento para carreteras, etc.
La grava
La grava es un material formado por trozos de roca más grandes que la arena. Añade
consistencia a diferentes mezclas utilizadas en la construcción. Mezclándola con arena, agua y
cemento se elabora hormigón.
El mármol
El mármol es una roca caliza de estructura cristalina. En la naturaleza aparece
con vetas y colores muy variados, y es muy compacto. Con mármol se fabrican
baldosas, mesas, encimeras de cocina y, en general, superficies que tengan que
soportar bastante peso. También se utiliza para esculpir estatuas, pues una vez
pulido tiene un grano muy fino y u brillo sedoso.
El granito
El granito es una roca compuesta, de gran dureza, y que puede ser de
diversos colores: blanco, negro, rosa, verde, etc. Se utilizan para construir
escalinatas, base de estatuas, pavimento, zócalos, columnas para edificios,
etc.
8.2.1. AGLOMERANTES Y PRODUCTOS DERIVADOS.
AGLOMERANTES
Los aglomerantes utilizados en la construcción son materiales que, una vez que se han
mezclado con agua, tienen la propiedad de endurecerse, por lo que son muy usados en las obras.
Los aglomerantes utilizados en la construcción se agrupan en yesos, cementos y cal, y se
utilizan para la fabricación de masas, que una vez endurecidas, podrán formar parte de la
estructura, unir materiales cerámicos, enlucir exteriores, etc.
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El yeso
Es el material aglomerante más antiguo, pues fue muy usado por los
árabes e, incluso, en las pirámides egipcias. Se obtiene por la
deshidratación y reducción de unas piedras denominadas aljez (yeso
natural o sulfato cálcico hidratado), es decir, por la extracción del agua que
contienen y la molienda posterior.
El yeso blanco, es un polvo blancuzco, que se mezcla con un volumen
igual de agua y que fragua (se endurece) al secarse. Se emplea para
elaborar una pasta muy utilizada en el recubrimiento de techos y paredes, y
para elaborar molduras y figuras empleando moldes.
La escayola es un tipo de yeso que se obtiene tras un proceso llamado
calcinación, y tiene más calidad y resistencia que el yeso. Ésta, como es más fina, puede usarse
para molduras, ornamentación y decoración de techos.
Ambos no son resistentes al agua y fraguan en pocos minutos, pero no adquieren un
endurecimiento aceptable hasta pasadas unas cuantas horas, al secarse.
El cemento
El cemento es el conglomerante de mayor importancia en la construcción. Es un material que
se fabrica con yeso, caliza y arcilla. Esta fabricación se realiza mediante un proceso de
calcinación de calizas y arcillas. Cuando la mezcla resultante (clinker) se enfría, se muele y se le
añade una pequeña proporción de yeso, convirtiéndose en un polvo de color gris. Existen
diferentes clases de cemento, con características y aplicaciones particulares, aunque el más
conocido es el cemento Pórtland.
Los cementos Portland normales se clasifican en tres categorías: P-250, P-350 y P-450 (la P
proviene de su nombre y el número indica los kilogramos por centímetro cuadrado que resisten
cuando se hace un conglomerado en condiciones normales).
Otro tipo de cemento es el cemento rápido, que comienza a
endurecerse al cabo de pocos minutos y que finaliza este proceso antes de
media hora. Sólo existe una categoría que se designa con las letras NR-20.
El cemento se comercializa a un precio muy razonable, porque las
materias primas que se necesitan para su producción son muy abundantes y
baratas. Su uso es muy simple y versátil, y es uno de los principales
elementos de construcción. Los edificios de muchas plantas y otras
estructuras no serían posibles sin este material.
El fraguado (endurecimiento) del cemento se produce por efecto del agua, y puede durar
varias horas según se trate de cemento rápido o no. El total endurecimiento se produce con el
paso del tiempo, cuando se evapora toda el agua de la mezcla.
La cal
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Se obtiene por la calcinación de rocas calcáreas, y se puede encontrar en
polvo o en forma pastosa. Puede ser aérea o hidráulica, y se usa únicamente
para el blanqueo de paredes o para conglomerados que no necesiten mucha
resistencia.
PRODUCTOS DERIVADOS
El mortero
Es una mezcla de arena, cemento y agua. Se emplea de aglomerante de ladrillos y baldosas,
a los que les confiere mayor resistencia a los esfuerzos. La resistencia a las agresiones de los
agentes atmosféricos, como el agua y el viento, de una construcción, depende en gran medida de
la calidad del mortero y de que el proceso de endurecimiento se haya realizado óptimamente.
El hormigón
El hormigón es una masa formada por cemento, arena, agua y grava (trozos de roca de
mayor tamaño que la arena). Es uno de los materiales más empleados en la construcción.
El hormigón debe amasarse en la hormigonera para conseguir una
mezcla homogénea y que la grava quede bien recubierta de pasta de
cemento. Debido a su carácter pastoso, una vez amasado se vierte
directamente, o bien en un molde o encofrado construido previamente
(generalmente con madera o moldes metálicos), hasta que el material
pierde toda su humedad y se seca totalmente.
Una vez fraguada la masa, es muy resistente a la compresión, a los agentes atmosféricos y
al fuego. Otra de sus características principales es su impermeabilidad.
Si al interior de la masa de hormigón se incorporan armaduras a base de varillas de acero, se
obtiene el hormigón armado, que es mucho más resistente a determinados esfuerzos (flexión y
tracción). Este tipo de hormigón es especialmente importante en la construcción de edificios.
Cuando las varillas se tensan antes del endurecimiento del hormigón, se obtiene hormigón
pretensado, y si se realiza después, hormigón postensado.
También se utilizan elementos de hormigón prefabricados, de formas y medidas diversas:
desde bloques de hormigón para la construcción de cerramientos, muros, jardineras o adoquines,
hasta elementos de grandes dimensiones, como las vigas de los puentes o viaductos, que se
deben transportar en vehículos especiales y se colocan con grúas muy potentes.
El asfalto
El asfalto es una mezcla de minerales e hidrocarburos de color negro, que se suele mezclar
con cal. Su principal característica es su alto poder de impermeabilidad, y que se aplica fundido
sobre la arena y la grava para compactarlas e impermeabilizarlas.
Mezclado con arena y cal, se emplea sobre todo para el recubrimiento de pavimentos, hasta
el punto de que llamamos genéricamente asfalto a las carreteras y calzadas. El asfaltado de las
vías y calles es una técnica que se conoce desde el siglo XIX, época en que comenzaron a
58
aparecer los vehículos a motor con ruedas neumáticas, de modo que podemos decir que coches y
asfalto son dos inventos que van de la mano.
8.3. MATERIALES CERÁMICOS Y VIDRIOS.
8.3.1. MATERIALES CERÁMICOS.
Los materiales cerámicos son aquellos que están formados por una mezcla que tiene como
base la arcilla o el caolín (junto con colorantes, desengrasantes, etc.) y que se cuecen a altas
temperaturas en un horno. La arcilla se forma a causa de la desintegración de rocas que
contienen, principalmente, feldespato. Gracias a que está compuesta de partículas de un tamaño
muy reducido, presenta una gran plasticidad (al contrario que la arena), con lo cual puede
moldearse con facilidad.
Algunos de estos materiales se utilizan desde la antigüedad; de hecho, son los materiales
constructivos más extendidos y antiguos del mundo, debido a la abundancia de terrenos arcillosos
en casi todas las zonas del planeta.
Hay muchos tipos de piezas cerámicas y cada una se adecua a la función que debe
desarrollar. En la actualidad, estos materiales son, entre otras cosas, una alternativa al empleo de
materiales metálicos.
Características de los materiales cerámicos
Resistencia a las altas temperaturas, por lo que son buenos aislantes del fuego.
Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes
atmosféricos.
Alta resistencia a casi todos los agentes químicos.
Gran poder de aislamiento, térmico y eléctrico.
Cerámicas refractarias
Se pueden añadir otras sustancias para aumentar la resistencia de la cerámica frente al
calor, obteniéndose cerámica refractaria. Son materiales muy duros, frágiles, aislantes del calor y
de la electricidad, resistentes a las elevadas temperaturas y a los ataques químicos, y fáciles de
moldear.
El moldeado del ladrillo o la teja se realiza mediante el procedimiento
de extrusión. La masa de la arcilla sale por un orificio con la forma del ladrillo
y después se corta con una cuchilla.
Los ladrillos se secan al aire libre o en secadores de túnel. Tras el
secado, se introducen en un horno donde se cuecen a temperaturas que
oscilan entre los 900 y 1000º C.
También pueden fabricarse comprimiendo una porción de arcilla dentro de un molde. Los
ladrillos fabricados por compresión son más uniformes que los que se
fabrican mediante extrusión, por lo que se emplean para las fachadas.
Las bovedillas son piezas de diferentes formas y dimensiones
que se utilizan en la construcción del forjado (superficie horizontal que
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divide en plantas un edificio). Rellenan el hueco entre las viguetas, apoyándose en un saliente
inferior de las mismas denominado ala. También se fabrican de hormigón.
Cerámicas vítreas
Por efecto de la cocción, la arcilla sin aditivos se agrieta, se contrae y se deforma. Resulta,
además, porosa y permeable. Por eso se le agregan otras sustancias que disminuyan estos
efectos, o se le da una capa de esmalte o barniz que la impermeabilice.
Las baldosas, azulejos, barro de alfarería y loza sanitaria se fabrica a partir de arcillas
especiales a las que se aplica un tratamiento de vidriado o esmaltado que aporta una gran dureza
superficial al material, a la vez que permite diseños y colores muy variados.
La porcelana es de color blanco, muy dura y frágil. Entre sus propiedades destaca la de
ser un buen aislante de la electricidad, por lo que se emplea en la industria eléctrica.
También se utiliza para fabricar vajillas y figuras decorativas.
Azulejos. Son piezas cerámicas de poco grosor que se utilizan para cubrir paredes,
aunque también se pueden emplear para pavimentar. Están recubiertos de una capa de
esmalte (un barniz aplicado de una forma muy peculiar que da unas características
semejantes al vidrio).
El barro de alfarería se utiliza para fabricar distintos tipos de recipientes, figuras, tejas,
baldosas, azulejos y sanitarios.
Gres. El gres se diferencia de los azulejos en que su masa es más compacta, lo que le
proporciona mayor dureza e impermeabilidad. Es ideal para el suelo.
8.3.2. EL VIDRIO.
El vidrio es un material que se obtiene de la fusión (a unos 1500º C) de arena, cal y sosa
(carbonato sódico, Na2CO3), y que se enfría posteriormente a temperatura ambiente. Los vidrios
son materiales transparentes, duros, resistentes a la corrosión y se les puede dar forma con
facilidad (plástico y moldeable). También son muy buenos aislantes de la
electricidad. Resultan muy frágiles y aguantan mejor los esfuerzos de
compresión que los de tracción.
El proceso de obtención se realiza fundiendo las materias primas
previamente trituradas, para lo cual se emplean hornos que alcanzan
temperaturas superiores a los 1300 ºC. En estado fundido se le da la
forma correspondiente, en láminas o bien en formas huecas, mediante soplado, y después se deja
enfriar. En su fabricación tiene gran importancia la velocidad de enfriamiento del material. Si se
enfría rápidamente, resulta muy quebradizo; y un enfriamiento demasiado lento lo vuelve opaco.
En construcción, el vidrio se emplea en ventanas, en recubrimientos de exteriores y como
aislante en forma de lana de vidrio. Existe una gran variedad de vidrios utilizados en construcción.
Cada uno de ellos está especialmente diseñado para conseguir determinadas propiedades:
antirrobo, antibala, resistente al fuego, aislamiento térmico y acústico, efectos decorativos, etc.
60
La fabricación de vidrio plano se realiza mediante el proceso de vidrio flotado. Esta técnica
emplea un baño de metal de estaño fundido. Sobre el metal líquido se vierte el vidrio fundido, que
flota sobre él, de forma que el vidrio se extiende formando una película plana y de grosor
homogéneo.
A continuación, el vidrio se pasa por un horno de templado para que no se rompa debido a
un enfriamiento brusco.
Tipos de vidrio
Hay muchos tipos de vidrio, cada uno con diferentes propiedades.
El vidrio impreso tiene marcas o dibujos producidos por rodillos. Se usa en decoración.
El vidrio armado tiene varillas metálicas en su interior, lo que le
protege contra las posibles roturas.
El vidrio óptico es el de mayor calidad y pureza. Tiene aplicación
en óptica y oftalmología.
El vidrio de seguridad, que se emplea fundamentalmente en la
industria del automóvil, sigue un proceso de enfriamiento especial,
el templado, que le confiere su gran resistencia.
El vidrio refractario, de gran resistencia térmica, se usa para fabricar utensilios de
cocina.
El término cristal hace referencia, en general, a todos los vidrios transparentes, por su
semejanza con el cristal de roca.
Lana de vidrio
La lana de vidrio es un aislante térmico excelente. Se obtiene haciendo pasar hilos de vidrio
fundido por un horno de aire frío. Las fibras luego son aglutinadas con resinas formando un fieltro
o colchón.
Fibra de vidrio
Obtenida del vidrio, se trata de hilos que son 100 veces más resistentes que el propio
material. Utilizado como material aislante, para refuerzo de otros materiales y como conductores
de luz para electrónica (fibra óptica)
Fibra óptica
Se emplea en electrónica y comunicaciones para conducir rayos de luz por su interior.
8.4. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES DE LA CONSTRUCCIÓN.
Los materiales de construcción inciden en el medio ambiente a lo largo de su ciclo de vida,
desde la extracción y procesado de materias primas, hasta el final de su vida útil; es decir, hasta
su tratamiento como residuo; pasando por las fases de producción o fabricación del material y por
la del empleo o uso racional de estos materiales en la edificación.
El impacto producido por las canteras y graveras en el paisaje, su modificación topográfica,
pérdida de suelo, así como la contaminación atmosférica y acústica, exigen un estudio muy
61
pormenorizado de sus efectos a fin de adoptar las medidas correctoras que tiendan a eliminar o
minimizar los efectos negativos producidos.
La fase de producción o fabricación de los materiales de construcción representa igualmente
otra etapa de su ciclo de vida con abundantes repercusiones medioambientales. Lo cierto es que
en el proceso de producción o fabricación de los materiales de construcción, los problemas
ambientales derivan de dos factores: de la gran cantidad de materiales pulverulentos que se
emplean y del gran consumo de energía necesario para alcanzar el producto adecuado. Los
efectos medioambientales de los procesos de fabricación de materiales se traducen, pues, en
emisiones a la atmósfera de CO2, polvo en suspensión, ruidos y vibraciones, vertidos líquidos al
agua, residuos y el exceso de consumo energético.
La fase de empleo o uso racional de los materiales, quizás la más desconocida pero no
menos importante, dado que incide en el medio ambiente, en general,y en particular, en la salud.
El hormigón y ciertos tipos de granito pueden ser radiactivos; en casi todos los tipos de suelo,
incluso en las rocas y el agua se encuentra radón, éste es un gas radiactivo que no tiene color ni
olor, proviene de la descomposición natural del uranio. La mayoría de las pinturas, barnices y
materiales sintéticos emanan gases tóxicos (fenoles, formaldehídos, benceno, tricloroetileno y
otros). Los solventes de los plásticos y adhesivos e hidrocarburos clorados (PVC) se disuelven en
el agua. Los ladrillos refractarios contienen distintos porcentajes de aluminio tóxico.
Por último, la fase final del ciclo de vida de los materiales de construcción coincide con su
tratamiento como residuo. Estos residuos proceden, en su mayor parte, de derribos de edificios o
de rechazos de materiales de construcción de obras de nueva planta o de reformas. Se conocen
habitualmente como escombros, la gran mayoría no son contaminantes; sin embargo, algunos
residuos con proporciones de amianto, fibras minerales o disolventes y aditivos de hormigón
pueden ser perjudiciales para la salud. La mayor parte de estos residuos se trasladan a
vertederos, que si bien en principio no contaminan, sí producen un gran impacto visual y
paisajístico, amén del despilfarro de materias primas que impiden su reciclado.
62
CONTENIDOS DE AMPLIACIÓN
MATERIALES
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Propiedades ecológicas.
Las propiedades ecológicas de un material son el impacto que ejerce sobre el medio natural la
utilización de un determinado material, ya sea debido a la fabricación, el uso o la eliminación
cuando ya no sirve.
En general los metales tienen buenas propiedades ecológicas, ya que el impacto sobre el
medio ambiente suele ser pequeño, destacando de forma positiva la facilidad con la que estos
materiales pueden ser reciclados para ser utilizados de nuevo. Aunque la naturaleza sea capaz de
degradar estos metales, el vertido al medio natural de algunos de ellos, como el plomo, el cadmio
y el mercurio, supone un gran peligro para los seres vivos debido a su toxicidad.
ENSAYOS DE MATERIALES
Ensayo de dureza
La dureza se mide por distintos procedimientos, pero los que más se utilizan son el método
Brinell, el método Vickers y el método Rockwell.
Ensayo Brinell. Consiste en comprimir una bola de acero de
diámetro D sobre las piezas a ensayar, bajo una presión o
carga F. La dureza Brinell se expresa dividiendo la carga F
aplicada entre la superficie de la huella producida (S).
HB = F/S (Kp/mm2)
Siendo: HB = dureza en grados Brinell; F = carga aplicada
(Kp); S = superficie del casquete (mm2)
Este método no resulta apropiado para materiales que posean
una gran dureza o sean demasiado finos. Por ello tiene que
cumplir que el diámetro de la huella (d) quede comprendido
entre: D/4 < d < D/2
Ensayo Vickers. La diferencia entre el ensayo Brinell
está en que aquí se sustituye la bola de acero por una
pirámide de diamante de base cuadrada. El grado de
dureza se obtiene dividiendo la carga aplicada (F)
entre la superficie de la huella. Ésta pirámide deja una huella sensiblemente cuadrada, y lo
que se mide es la diagonal de esta pirámide (d). El grado de dureza Vickers viene dado por
la expresión: HV = 1,8554· F/d2 (Kp/mm2)
Ensayo Rockwell. Este método mide la profundidad de la huella producida por una carga
aplicada sobre un penetrador en forma cónica o de forma esférica. En este ensayo se
hacen actuar dos cargas, una previa y otra principal, cuyos efectos se suman para la
apreciación de la penetración. Para piezas duras actúa como cuerpo penetrador un cono
63
de 120º de ángulo de vértice, carga previa de 10 Kp y carga principal de 140 Kp. Para
piezas blandas actúa como cuerpo penetrador una bola de acero, carga previa 10 Kp y
carga principal de 90 Kp. La dureza
Rockwell vendrá dada por una de estas dos
expresiones, dependiendo del penetrador
empleado:
- Penetrador cónico (C): HRC = 100 – e
- Penetrador esférico (B): HRB = 130 – e
Donde e es el valor total de la muesca
realizada por el penetrador en el material
ensayado. Este método se diferencia de los
dos anteriores, en que se puede realizar en un
taller, mientras que los ensayos Brinell y
Vickers es necesario realizarlos en un
laboratorio.
Ensayo de tracción: consiste en someter a una probeta creada del material a analizar a un
esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo
mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. En caso de que el
material no se rompe y mantiene la forma estirada, decimos que es un material plástico, y si
vuelve a su forma original sin romperse, es un material elástico.
Ensayo de compresión: es un ensayo técnico para determinar la resistencia o deformación de un
material ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y
metales, aunque puede realizarse sobre cualquier material.
Ensayo de flexión: método para medir la ductilidad de ciertos materiales. No hay términos
estandarizados para presentar los resultados de los ensayos de flexión en amplias clases de
materiales; por el contrario, se aplican términos asociados a los ensayos de flexión a formas o
tipos específicos de materiales.
Ensayo de fatiga: método para determinar el comportamiento de los materiales bajo cargas
fluctuantes. Se aplican a una probeta una carga media especificada y una carga alternativa y se
registra el número de ciclos requeridos para producir un fallo. Por lo general, el ensayo se repite
con idénticas probetas y varias cargas fluctuantes. Las cargas se pueden aplicar axialmente, en
torsión o en flexión. La mayoría de los ensayos de fatiga se realizan en máquinas de flexión, de
vigas rotativas o de tipo vibratorio. El tiempo que tarda en deformarse se le denomina límite de
fatiga.
Ensayo de resiliencia o choque: el ensayo dinámico se realiza en una máquina conocida como
péndulo o martillo pendulante, para realizar el ensayo se coloca la probeta en una mordaza y
dependiendo del método a utilizar se golpea la probeta, provocando en la mayoría de los ensayos
una rotura con la característica de poseer rotura por tracción y por corte. Lo que se trata de
64
determinar es la energía necesaria para romper una probeta del material a analizar mediante la
fuerza de un impacto. Se lanza el péndulo a una velocidad de 6 a 8 m/s. Para calcular la energía
se mide a que altura se lanza el péndulo, esa será su energía potencial. Una vez rota la probeta la
energía sobrante hace retroceder al péndulo.
Ensayo de resistividad eléctrica: es un método geofísico que permite obtener la estratigrafía
aproximada para un perfil de suelo compuesto de cerca de 4 capas, que tienen espesores
similares y propiedades homogéneas, se realiza sobre la base de la variación de las resistividades
de los diferentes tipos de suelos para poder obtener la estratigrafía del mismo por medio de
relaciones empíricas, estas variaciones dependen del contenido de humedad, la concentración de
iones disueltos, por ejemplo las arcillas saturadas tienen muy baja resistividad en contraste con
los suelos secos y rocas que poseen altas resistividades. El ensayo puede establecer en forma
rápida la profundidad de nivel freático, al igual que la ubicación de la roca madre si ésta no se
encuentra a más de 100 metros de profundidad. Con éste método se pueden cubrir grandes áreas
de estudio en periodos cortos de tiempo, comparados con sondeos físicos de perforación.
METALES
ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE LOS METALES
Se han definido hasta catorce redes cristalinas diferentes. Las más significativas entre los
metales son la cúbica centrada en el cuerpo (c.c.), la cúbica centrada en las caras (c.c.c.) y la
hexagonal compacta.
Redes cristalinas de los metales
Cúbica centrada (c.c. o BCC). Los átomos ocupan el centro y los vértices de un cubo.
Cristalizan en esta red: Li, Na, K, Ba, Ti, V, Cr, Mo, Co y W.
Cúbica centrada en las caras (c.c.c. o FCC). Los átomos ocupan los vértices y el centro
de las caras del cubo. Cristalizan en esta red: Ca, Al, Fe, Ni, Pt, Cu, Ag, Au y Pb.
Hexagonal compacta (HCP).Los átomos ocupan los vértices y el centro de las bases del
prisma. Cristalizan en esta red: Be, Mg, Zn, Ti, Co y Zr.
Algunas características de estas redes se muestran en la siguiente tabla:
BCC FCC HCP
Nº de átomos por
celda 8 · 1/8 +1 = 2 8 · 1/8 + 6 · 1/2 = 4 3 + 2 · 1/2 + 12 · 1/6 = 6
Máximo
empaquetamiento
Los átomos están en contacto según la diagonal Átomos de las bases en
contacto
Factor de
empaquetamiento
0,74
Donde R = radio del átomo y a = longitud de la red cristalina.
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Átomos por celda: nº átomos por vértice / nº celdas comparten mismo vértice + nº átomos
por cara/ 2 + nº átomos centro.
Cada átomo tiene un volumen de: V = 4/3 · ·R3
Se denomina factor de empaquetamiento atómico (FEA) de una red cristalina al cociente
entre el volumen que ocupan sus átomos y el volumen de la celda. Siempre es menor que 1.
De las tres redes cristalinas, la de menor densidad es la BCC.
ACERO
Aceros aleados
Estos aceros de aleación se pueden clasificar a su vez en función de sus aplicaciones.
Estructurales: son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como
engranajes, ejes y palancas. También se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de
chasis de automóviles, puentes y barcos.
Para herramientas: son aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y
modelar metales y no-metales; taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.
Especiales: son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente
superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la
corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos. Los aceros
inoxidables son aleaciones de hierro-cromo. Algunos contienen sólo hierro, carbono y cromo,
mientras que otros contienen níquel u otros elementos. El acero inoxidable 18/8 (18% de cromo y
8% de níquel) es extraordinariamente resistente a la corrosión.
METALES NO FERROSOS
Cinc
Su símbolo químico es Zn, su peso específico 7,14 Kg/dm3 y su punto de fusión 419 ºC. El
cinc es un metal de color blanco azulado, brillo intenso y algo blando. Se
obtiene de minerales como la blenda y la calamina. Cuando se funde es
frágil, sin embargo, cuando está laminado adquiere una mayor resistencia e
incluso es posible darle forma.
Se emplea en la fabricación de planchas para cubiertas de tejados,
canalones, recubrimientos de pilas y recipientes varios. Es muy resistente a la
oxidación y corrosión en el aire y en el agua, pero poco resistente al ataque de ácidos y sales. Se
utiliza también para recubrir planchas de metal por dos procedimientos:
Cincado. Introduciendo las piezas de hierro en un baño de cinc fundido.
Galvanizado. Recubriendo las piezas de hierro por electrolisis.
Al igual que ocurría con el cobre, dependiendo de la concentración del mineral de cinc se
emplean dos procedimientos de obtención:
Procedimiento por vía seca (concentraciones mayores del 10%)
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Procedimiento por vía húmeda (concentraciones inferiores al 10%)
CONFORMACIÓN DE METALES
- Trefilado. Se usa para obtener alambres y cables pasando un metal por orificios cada vez más
estrechos en unas máquinas llamadas hileras.
- Extrusión. Consiste en hacer pasar metal fundido a través de un orificio con la forma deseada.
El metal es empujado por un pistón. Se emplea para fabricar tubos, barras y perfiles.
PLÁSTICOS
Plásticos termoestables
La baquelita
Es uno de los primeros plásticos que se inventaron, y como todos los termoestables, es
duro, buen aislante del calor y la electricidad y muy resistente al ataque de los ácidos. El principal
problema que plantea es que es poco resistente a los golpes (es frágil). Su color es oscuro y tiene
un olor característico.
Melamina
Es un plástico cuyas características son superiores a las de la baquelita, mejorando su
resistencia a los golpes. La forma comercial más usada es en forma de chapas que se emplean
para fabricar tableros de mesas y encimeras de cocina, aunque también se emplea para fabricar
vajillas irrompibles.
Resina de poliéster
Se comercializa en dos envases separados, uno con la resina y otro con el catalizador, que
se mezclan en el momento de emplearlo (a temperatura ambiente). Aunque con él se fabrican
cajas de registro para instalaciones eléctricas, su principal uso es la aplicación en capas sucesivas
de resina y fibra de vidrio sobre un molde. Por este procedimiento se hacen piscinas, carrocerías
para coches, chapas traslúcidas para tejados, etc.
Resina epoxi
Es muy similar a la de poliéster pero de mayor dureza. Se utiliza como adhesivo en
construcción (une hormigón con acero), como cimentación para las bancadas de grandes
máquinas, fabricación de pinturas antipolvo, etc.
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Plásticos termoplásticos
Polietileno
Es uno de los plásticos más consumidos por la gran variedad de aplicaciones que tiene. Se
comercializa en dos tipos, el de alta densidad, que es duro, frágil y puede resistir temperaturas
próximas a los 100 ºC, y el de baja densidad que es más blando y flexible, aunque sólo admite
temperaturas inferiores a 70 ºC. Resiste muy bien el ataque de los ácidos, por lo que se emplea
para la fabricación de depósitos, envases de cualquier tipo (agua, zumos, aceites, lejías, etc.). Por
su facilidad para el moldeo se utiliza en la fabricación de cubos, juguetes, etc.
PVC
El policloruro de vinilo, más conocido por PVC, es otro de los plásticos más utilizados por
su gran variedad de aplicaciones. Sus propiedades son similares a la del polietileno, aunque
superiores, destacando su gran duración cuando está a la intemperie. Por esta razón se utiliza
para la fabricación de tubos, canalones de desagüe, fabricación de puertas, ventanas, aislante
eléctrico, etc.
Nailon
Es un termoplástico muy duro y resistente, razón por la que se emplea para la fabricación
de hilo de pescar e incluso piezas como engranajes, levas, al ofrecer muy poca resistencia al
desgaste y ser muy silenciosos. Por su facilidad para hacerse hilos, se emplea en la industria textil
para la fabricación de todo tipo de tejidos, incluso medias elásticas.
Poliestireno
Se comercializa en dos formas diferentes. La forma rígida es un plástico muy duro,
resistente y muy transparente, por los que se utiliza para la fabricación de utensilios del hogar,
juguetes o difusores de lámparas y pilotos de automóvil. En su forma espumada, se emplea en la
fabricación de aislantes térmicos y como elemento de protección para el embalaje de piezas
delicadas (corcho blanco).
Elastómeros
Caucho natural o sintético
El caucho natural se extrae de la savia del árbol del caucho, haciendo una incisión en el
tronco de forma similar a la que se efectúa en los pinos para sacar la resina. Su aplicación más
importante es la fabricación de neumáticos por medio de un proceso llamado vulcanización, que
consiste en añadir azufre y calentar caucho a 140 ºC.
El caucho artificial o sintético tiene unas propiedades similares al natural, pero es superior
en cuanto a su resistencia al ataque de agentes químicos y como aislante térmico y eléctrico. Se
emplea para la fabricación de suelas de zapato, mangueras de riego, correas de transmisión, etc.
Neopreno
Es muy similar al caucho sintético, pero de propiedades extraordinarias. Se utiliza para la
fabricación de trajes de inmersión, apoyo de las grandes vigas de los puentes, etc.
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Silicona
Es un plástico de gran elasticidad y muy resistente al ataque de los agentes atmosféricos y
químicos. Comercialmente se presenta en estado pastoso y su aplicación más importante es para
el sellado de juntas, fijación de cristales, etc. Por sus cualidades dermatológicas se utiliza en la
fabricación de cosméticos. Tiene un buen comportamiento como aislante eléctrico.
Tratamientos de residuos plásticos
Como ya hemos visto, los plásticos tienen muchas ventajas: protegen los alimentos,
permiten empacar al vacío, mantienen productos en buen estado por más tiempo, reduce el peso
de los empaque, es económico, liviano, muy duradero y hasta buen aislante eléctrico y acústico…
Pero tiene dos grandes inconvenientes al desecharlos:
Ocupan mucho volumen en relación con su peso.
Comparando el tiempo que tarda en descomponerse con el de otros productos es muy
superior. Si lo comparamos con otros materiales, podemos ver que:
- Los productos orgánicos y vegetales se descomponen en un período de 3 ó 4
semanas.
- El aluminio aproximadamente de 350 a 400 años.
- Los plásticos un promedio de 500 años.
- El vidrio, cerámica y otros productos como tetrabrick, tiempo indefinido.
Es decir: a diferencia de otros residuos, los plásticos no se descomponen ni se pudren con
el agua, por lo que permanecen en los vertederos sin desaparecer.
Por estos motivos, los métodos de eliminación de residuos plásticos han de pasar por otras
soluciones que no sean tirarlos a un vertedero, como es, por ejemplo su recuperación, ya sea para
crear nuevos objetos (reciclaje), para generar energía eléctrica o para obtener combustible
(craqueo).
Y el primer gran reto es su recogida selectiva; es decir, que el ciudadano los separe del
resto de las basuras y lo deposite en el contenedor adecuado (que todos sabemos que es el de
color amarillo). Esto requiere de la colaboración de todos, porque este primer paso es
imprescindible.
Como se recicla el plástico
Aunque la cantidad de residuos plásticos generados es enorme, únicamente seis plásticos
constituyen el 90% de los desechos. Por tanto, casi toda la industria del reciclado se centra en la
recuperación de estos seis tipos.
La identificación de los envases de plástico recuperables se logra fácilmente mirando el
número, o las siglas, del sistema de identificación americano SPI (Society of Plastics Industry),
que suele aparecer en el fondo de algunos objetos de plástico, donde se ve un triángulo como el
de la figura. En su interior aparece un número y en la parte inferior del mismo unas siglas. Tanto el
número como las siglas hacen referencia a la composición química del plástico. En general,
cuanto más bajo es el número más fácil resulta el reciclado. Así, una vez se ha producido su
69
recogida selectiva, para reciclar plástico primero hay que clasificarlo de acuerdo con su número,
porque cada una de las categorías de plástico son incompatibles unas con otras y no se pueden
reciclar juntas.
Proceso del reciclaje del plástico
Una vez los plásticos han sido separados y
clasificados según el tipo de termoplástico, se
procede al reciclado. Existen tres métodos
diferentes según el uso que se le vaya a dar al
plástico, algo que ya antes nombramos;
veámoslos ahora con un poco más de detalle.
Reciclaje de mecánico.
Consiste básicamente en aplicar calor y presión a los objetos
para darles una nueva forma. Sólo puede aplicarse, como ya
sabrás, a los termoplásticos, que funden al ser calentados.
Reciclaje químico.
Consiste en separar los componentes químicos o monómeros
que forman el plástico, invirtiendo las etapas que se siguieron
para crearlos.
Reciclaje energético.
Muchos plásticos pueden arder y servir
de combustible. Por ejemplo, un
kilogramo de polipropileno aporta en su
combustión casi tres veces más energía
calorífica que un kilo de madera. Pero al
tratarse de un proceso de combustión,
se genera CO2 que es expulsado a la
atmósfera y contribuye al efecto
invernadero, así como otros
compuestos gaseosos que pueden resultar tóxicos. Por eso, el proceso debe ir acompañado
de controles y medidas de seguridad que eviten efectos dañinos.
MATERIALES TEXTILES
Fibras artificiales
El estudio de las formas de trabajo del gusano de seda animó al ser humano a la producción de
filamentos que pudiesen ser, incluso, más resistentes, utilizando métodos análogos. El problema
consistía, en líneas generales, en producir una masa capaz de pasar por una hilera parecida a la
del gusano de seda y que mantuviese, una vez secada, la forma del filamento.
El primero que consiguió obtener lo que se llamó seda artificial o seda Chardonet fue el aristócrata
francés Barón de Saint Hilarie de Chardonet, a finales del siglo XIX. Posteriormente se fueron
70
inventando fibras parecidas que, por ser obtenidas de productos naturales, se las denominó fibras
artificiales para diferenciarlas de las fibras sintéticas, cuya materia prima proviene de la síntesis
química.
Fibras sintéticas
La primera fibra completamente sintética, producida en el laboratorio a partir de cuatro elementos
(nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y carbono), fue el nylon, poliamida sintetizada por primera vez en
1938 por el químico estadounidense Wallace Carothers. Su nombre se debe a la unión de las dos
capitales anglosajonas de la moda (New York y LONdon). Esto fue debido a que esta fibra nación
con la pretensión de revolucionar el mundo del alta costura.
Entre sus cualidades se encontraba una resistencia extraordinaria y un brillo y elasticidad
semejantes a los de la seda (fibra natural). Por todo ello su primera utilidad fue la fabricación de
medias, y el éxito fue tan grande que la industria que lo elaboraba, la empresa DuPont, no podía
producir suficiente fibra como para satisfacer toda la demanda, por lo que se convirtió en un
artículo de lujo. Pese a ello, el negocio sólo duró un par de años, ya que la Segundo Guerra
Mundial hizo que toda la producción de nylon se dedicase a producir paracaídas, mucho más
resistentes y seguros que los anteriores, que se realizaban en seda.
MATERIALES DE LA CONSTRUCCIÓN
El sector de la construcción es uno de los más importantes para la economía de cualquier país
pero también provoca un grave impacto en el entorno, desde la extracción de áridos, la fabricación
de cementos hasta la proliferación de escombreras.
Impacto ecológico de la construcción
El sector de la construcción es uno de los más importantes para la economía de cualquier país
pero también provoca un grave impacto en el entorno, desde la extracción de áridos, la fabricación
de cementos hasta la proliferación de escombreras. La construcción es un gran consumidor de
recursos no renovables y una importante fuente de residuos y contaminación para el aire, el suelo
y el agua.
Unos 22 millones de toneladas de escombros se producen cada año en España, por encima del
total de residuos urbanos que no llegan a los 15 millones. Estos residuos se depositan
habitualmente en escombreras ilegales o son mal gestionados por personal no especializado. Si
se extraen separadamente los materiales se pueden reciclar gran parte de ellos, como vidrio,
madera, hierro, aluminio, cobre, plomo, plásticos o cableado eléctrico. Algunos países con escasa
disponibilidad de áridos y avanzadas políticas medioambientales, como Holanda o Dinamarca
penalizan cada vez más el vertido de estos residuos que pueden ser reutilizables o reciclables.
Para llegar a una política adecuada, sin embargo, no solo hay que tratar el final del proceso ya
que en la construcción se produce una gran daño ambiental en la obtención de los materiales que
se van a usar. La extracción de áridos mueve enormes cantidades de suelo, especialmente en los
márgenes de los ríos, y que provocan alteraciones en los ciclos biológicos de los habitantes de
estos ecosistemas. Por otro lado la fabricación de cementos es uno de los procesos industriales
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más sucios que se conocen ya que producen emisiones atmosféricas, efluentes líquidos y
residuos sólidos, muchos de ellos peligrosos.
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