Trabajo de los materiales

Félix Ángel Hernández Rodríguez Nº7 – Tecnología Industrial I

Materiales

Félix Ángel Hernández Rodríguez Nº7 – Tecnología Industrial I 2

ÍNDICE (TEMA 7)

1 Introducción a los materiales de construcción

2 Materiales cerámicos 2.1 Piedras para la construcción 2.2 Arcillas y derivados 2.3 Productos comerciales cerámicos 2.4 Enfermedades profesionales

3 Cementos 3.1 Proceso de obtención del cemento 3.2 Tipos y usos del cemento 3.3 Derivados: hormigón, fibrocemento y compuestos

4 El yeso

5 El vidrio 5.1 Tipos de vidrios. Obtención y aplicaciones 5.2 Derivados: vidrios especiales

6 La madera 6.1 Tipos de maderas 6.2 Proceso de obtención de la madera 6.3 Aplicaciones de la madera 6.4 Derivados de la madera: tableros manufacturados

7 Aceros para la construcción

8 Seguridad e impacto medioambiental


1 Introducción a los materiales de construcción

A lo largo de la historia, el ser humano ha utilizado los materiales que tenía a su alcance para levantar diferentes construcciones: desde los dólmenes de la Prehistoria, construidos a partir de grandes piedras apoyadas unas sobre otras, hasta los actuales edificios levantados con acero, vidrio y materiales plásticos. Los materiales de construcción han evolucionado considerablemente.

2 Materiales cerámicos

El termino cerámica suele aplicarse en el lenguaje cotidiano a los objetos de uso

domestico fabricados con diversos tipos de arcillas. Todos estos materiales tienen en común una gran resistencia a la compresión, aunque resultan débiles frente a los esfuerzos de tracción.

2.1 Piedras para la construcción

En términos generales, denominamos piedra a cualquiera de los materiales derivados de las rocas. Las rocas son agregados de partículas minerales de dimensiones apreciables y de formas indeterminadas. Se trata de uno de los primeros

Rocas ígneas o eruptivas

Están compuestas básicamente por silicatos y otros compuestos de ilumino, hierro, calcio, magnesio, sodio y potasio, y se han formado por enfriamiento del magma del interior de la Tierra.

Las variantes más conocidas de rocas ígneas de estructura cristalinas son el granito, el gabro, y la dorita.

En el grupo de rocas ígneas de estructura vítrea destacan el basalto, la liparita y la piedra pómez.

Rocas sedimentarias

Están constituidas por sedimentos (cantos rodados, gravas, arenas, arcillas, limos, e incluso, materia orgánica) asentados hace centenares de millones de años.

Las rocas silíceas

Las rocas calizas

Las rocas arcillosas

Rocas metamórficas


Se producen por transformaciones de la estructura cristalina de otras rocas, debido a grandes presiones y temperaturas.

La pizarra se exfolia fácilmente en láminas y se emplea para la fabricación de techumbres.

El mármol admite el pulimento y se utiliza como piedra ornamental.

2.2 Arcillas y derivados

Los materiales cerámicos se caracterizan por ser químicamente inertes. Cuando están embebidos en agua, son muy plásticos y, cuando elimina el agua, pierden dicha plasticidad y se vuelven duros y frágiles. Resisten altas temperaturas y presenta una porosidad muy baja.

Las principales fases son: Preparación de las materias primas, moldeado, secado, cocción y almacenaje

2.3 Productos comerciales cerámicos

Ladrillos y tejas

Estos materiales constituyen el grupo que se conoce con el nombre de arcilla pesada.

La materia prima depende de la disponibilidad de arcilla en la zona de producción. En consecuencia, la calidad del producto dependerá de las impurezas que contenga.

Azulejos y pavimentos cerámicos

La materia prima empleada es una mezcla de arcillas especiales.

Porcelana y loza

La materia prima empleada es, en este caso, una mezcla de caolín, arcillas blancas, sílice y feldespato, finalmente pulverizados. De este modo, se consigue un material de partida muy blanco.

Las piezas de loza tienen especial aplicación en el ámbito domestico (pilas de cocina y sanitarios) y las de porcelana, en la industria (aislantes eléctricos y toberas de quemadores) gracias a su elevada resistencia al calor y a la acción de los agentes químicos.


Materiales refractarios

Están compuestos fundamentalmente por arcillas refractarias, cuya principal característica es su estabilidad a altas temperaturas.

2.4 Enfermedades profesionales

Las enfermedades causadas por la manipulación de materiales cerámicos pertenecen al grupo de las neumoconiosis.

De ellas, la más peligrosa es la silicosis, que se produce como consecuencia de la inhalación prolongada de polvo de sílice

3 Cementos

La palabra cemento se aplica, con carácter general, a cualquier producto que presente propiedades adhesivas y sea capaz de unir partes o piezas de un objeto o una construcción.

3.1 Proceso de obtención del cemento Operaciones previas. Esta fase incluye las operaciones de secado, molienda y dosificación a las que se someten las materias primas (caliza y arcilla) antes de introducirlas en el horno. El secado previo elimina el exceso de humedad que pueden contener. Para esta operación pueden emplearse gases procedentes del horno de calcinación. En la molienda se obtienen fragmentos no superiores a los 10 cm. Finamente, se procede a la dosificación de componentes en la proporción adecuada. Fabricación del clinquer. Esta operación se lleva a cabo en hornos rotativos que alcanzan más de 120 metros de longitud. Posteriormente, el clinquer se somete a un proceso de enfriamiento. Durante esta operación, se le añade una pequeña cantidad de yeso que permite regular el tiempo de fraguado. Molienda y acabado. El clinquer, una vez enfriado, sufre un proceso de molienda similar al que se emplea con las materias primas. Se almacena en silos para su distribución.

3.2 Tipos y usos del cemento

Las características de los cementos dependen de su composición, según el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales de Cementos (RC-75) vigente en España clasifica los cementos en las siguientes categorías: Cemento Portland y variantes. Es el cemento más utilizado Cemento natural. Es el cemento básico Cemento siderúrgico. Tiene buena resistencia a las aguas agresivas Cemento puzolánico. Muy adecuado para usarlo en climas particularmente cambiantes


Cemento compuesto. Idóneo para aplicaciones muy particulares. Cemento aluminoso. Su composición en compuestos de aluminio es del orden del 50 o 60%

3.3 Derivados: hormigón, fibrocemento y compuestos

El hormigón

En la actualidad, la mayor parte del cemento que se produce industrialmente se emplea en la fabricación de hormigón.

El hormigón es una mezcla, en diferentes proporciones, de cemento, arena y grava, a la que se añade agua.

Las proporciones de estos componentes son variables, según el tipo de hormigón que se desee obtener, es decir, según sus condiciones de dureza, tiempo de fraguado y resistencia a los agentes ambientales.

La cantidad de cemento por metro cubico de hormigón influye directamente en su impermeabilidad y en su resistencia mecánica.

Las arenas y gravas, denominadas comúnmente áridos, se distinguen por criterios de tamaño, tipo de piedra de la que han obtenido y textura superficial. Influyen directamente en la resistencia a la tracción del hormigón.

El agua que se utiliza puede no ser potable, aunque es necesario que cumpla determinadas especificaciones para garantizar un buen fraguado. Así, deben rechazarse las aguas carbonatadas o las que posean sustancias en disolución.

El hormigón, una vez fraguado, puede presentar una resistencia a la compresión de hasta 650 kg/cm2. Sin embargo, la resistencia a la tracción apenas alcanza la decima parte de este valor. Para mejorar esa cualidad, se emplean las variedades de hormigo armado y el hormigón pretensado.

El hormigón armado

Se obtiene añadiendo al hormigón fresco una armadura de varillas o de barras de acero debidamente dimensionadas. De este modo, se consigue un material resistente a los esfuerzos de compresión y a los de tracción.

Los esfuerzos de compresión son soportados por el hormigón, mientras que los esfuerzos de tracción se resisten gracias a la armadura de varillas.

La obtención de estructuras de hormigón armado se lleva a cabo del método siguiente: se dispone de un encofrado o molde con la forma de elemento de construcción que se desea conseguir, se introduce en él la armadura de acero y se vierte el hormigón fresco en el interior del encofrado, de modo que recubra y envuelva la armadura.

Cuando el hormigón ha fraguado, se retira el encofrado y se obtiene el elemento.


Así, en el caso de una viga, la armadura se sitúa en la zona inferior del elemento, que está sometida a esfuerzos de tracción, mientras que la masa de hormigo se acumula en la zona superior que está sometida a esfuerzos de compresión. De este modo, las vigas soportan bien los esfuerzos de de flexión, que, como se sabe, son el resultado de la combinación de esfuerzos de compresión y de tracción.

El hormigón pretensado

Si los esfuerzos de tracción a los que se somete el hormigón armado son muy grandes, las barras de las armaduras pueden experimentar dilatación elástica, y provocar que el hormigón que las recubre se rompa. Para mejorar la resistencia del hormigón a los esfuerzos de tracción, hay que tensar las barras de acero con el fin de compensar la dilatación que pudieran experimentar. Así se obtiene el hormigo pretensado, que es una variedad de hormigón armado cuyas barras han sido previamente tensadas.

El proceso de tensión puede llevarse a cabo de dos modos:

- Tensando las barras antes de que fragüe el hormigón (pretensado). Este procedimiento se empela en las viguetas prefabricadas.

- Tensándolas, dentro de unas vainas, cuando el hormigón ya ha iniciado el fraguado (postensado). Se utiliza cuando las vigas de hormigón se fabrica en el lugar donde van a ser utilizadas (puentes, viaductos, etc.)

La tecnología que se emplea para obtener esta variedad de hormigón es muy complicada, ya que se lleva a cabo a través de las barras, donde cada una de ellas ejerce su oportuna tensión, en función de los esfuerzos que tiene que soportar.

La principal ventaja del hormigón pretensado deriva del menor coeficiente económico-resistente de las barras de acero especial que se empelan. Ello es debido a la posibilidad de alcanzar enormes resistencias gracias a los procesos de trefilado a que son sometidas y que permiten obtener barras de pequeños diámetros.

Fibrocemento

Es un material constituido por una mezcla de cemento y fibras, que se empela en la fabricación de placas ligeras y rígidas (para depósitos, tejados, e instalaciones provisionales), tubos y conducciones, cañerías y bajantes de aguas.

Su fabricación resulta económica y se presenta comercialmente en forma de placas lisas u onduladas en distintas longitudes y grosores, las cuales se suelen colocar mediante ganchos de sujeción y tornillos especiales directamente sobre la estructura.

El asbesto o amianto se utilizaba como fibra para la fabricación del fibrocemento pero, debido a los graves problemas de salud que supone su manipulación, ha sido prohibido en casi todos los países del mundo.

En la actualidad, el amianto se ha sustituido por fibras de celulosa o fibra de vidrio, pero hay que tener en cuenta que esta modificación estructural no permite construir los elementos con los mismos parámetros de calidad que se conseguían antes. Por este


motivo el uso del fibrocemento se ha sustituido por PVC, el hormigón u otros materiales compuestos.

Materiales compuestos

Son materiales formados por cemento y otros materiales cerámicos o pétreos, como grava de diferentes tipos de piedras o áridos, que pueden estar pigmentadas o no.

Sus propiedades mecánicas mejoran considerablemente y, además, permiten aprovechar muchos restos de industrias cementeras y de materiales de construcción que, de otra forma, serian difíciles de recurar y acabarían siendo vertidos incontrolados.

4 El yeso Se trata de uno de los aglomerantes más conocidos y utilizados por los seres humanos desde la más remota antigüedad. La materia prima de la que se obtiene se conoce con el nombre de piedra de algez. Generalmente se extrae de canteras en superficie, lo que permite explotarlas a cielo abierto, de forma manual o mecanizada, dependiendo de la importancia del yacimiento. Proceso de obtención Para obtener yeso, se tritura el mineral hasta conseguir el tamaño adecuado según el procedimiento de cocción al que vaya a someterse posteriormente, después se aplican temperaturas inferiores a 170ºC para provocar su deshidratación y, finalmente, se tritura hasta reducirlo a polvo. - El procedimiento tradicional consiste en construir un horno rudimentario a partir de

piedras de yeso con las que se forma la bóveda. En su interior se quema leña y el calor desprendido deshidrata la piedra. El final de la cocción se conoce por el color que toma el material o por el de los humos que salen a través de las piedras.

- El horno de cuba se llena por la parte superior y se vacía por las puertas de la parte inferior. Permite utilizar cualquier combustible y, dado que en el interior los gases de la combustión no entran en contacto con el material, proporciona un yeso de mejor calidad.

- El moderno horno rotatorio permite emplear también cualquier combustible. En su interior, el material se somete a una agitación constante que asegura la homogenización del proceso de deshidratación.

El material obtenido de este modo resulta muy barato, ya que ni el proceso de extracción ni el de obtención requieren grandes aportes energéticos.


Propiedades y aplicaciones

La resistencia mecánica del yeso a la tracción y a la compresión depende de su naturaleza, de su composición y de la cantidad de agua empleada en el amasado. Cuando el yeso se amasa con agua se obtiene una pasta que fragua rápidamente, por lo que suele emplearse para el revoco y el enlucido de paredes y para la sujeción de otros materiales. Su principal inconveniente es que resulta muy higroscópico, es decir, presenta una gran avidez por el agua. Podemos distinguir el yeso en tres grandes tipos: - El yeso negro se obtiene por el procedimiento tradicional. Suele emplearse en el

revoco y en el enlucido de obras no vistas - El yeso banco, de mayor pureza, esta mejor molido y se emplea en el enlucido y

estucado de paredes vistas. - La escayola es yeso de alta calidad, molido hasta polvo impalpable. Se emplea en

acabados, molduras y decoración de interiores.

5 El vidrio El vidrio es un material que se obtiene mediante la fusión de diferentes componentes, algunos de ellos muy abundantes en la naturaleza, como la arena y la caliza. También se emplean sosa y otros aditivos. - La arena o sílice se encarga de dar resistencia mecánica al vidrio - La caliza actúa como componente estabilizador - La sosa actúa como fundente y permite rebajar la temperatura de fusión hasta los 852

ºC - Los otros componentes se añaden en función del tipo de vidrio que se desea obtener.

Se trata de un material duro, transparente y de estructura amorfa, es decir, no cristalino, por lo que es incorrecto denominarlo cristal, a pesar de su apariencia compacta y brillante.

5.1 Tipos de vidrios. Obtención y aplicaciones Existe una gran variedad de vidrios, que están íntimamente relacionados con sus respectivos procesos de fabricación. Vidrio hueco: Se utiliza para fabricar recipientes, como vasos, botellas y frascos. Se fabrica habitualmente por el método de soplado, que puede llevarse a cabo de forma artesanal o de forma automática.


- En el soplado artesanal, se introduce un tubo o caña de soplar en el interior de la masa de vidrio fundido hasta que se adhiere a su extremo una porción de material.

- En el soplado de forma automática, se corta la cantidad de vidrio fundido necesaria para obtener la pieza y se deposita en la boca de un molde metálico que posea la forma deseada.

Vidrio plano: Se utiliza para fabricar vidrios de ventana y espejos. Está compuesto por un 72% de sílice, un 14% de sosa, un 9% de cal y el resto son aditivos.

Existen diversos métodos para obtenerlo, pero el más utilizado en la actualidad es por flotación, razón por la cual al vidrio obtenido se le denomina técnicamente float glass (vidrio flotante)

- En este método, los procesos de dosificación, mezcla y fusión de los componentes hasta llegar a la masa de vidrio fundido se emplean hornos de cuba, de crisol o eléctricos.

- El vidrio, una vez fundido, se extrae del interior del horno a través de una abertura denominando garganta, que proporciona una lámina de espesor determinado.

- Esta lámina se desplaza sobre un año de estaño fundido - A lo largo del proceso, una serie de rodillos arrastran la lámina de vidrio al mismo

tiempo que le confiere el grosor deseado. - Al final del proceso, el vidrio, todavía caliente, se somete a un proceso de recocido, es

decir, pasa a través de un túnel de temperatura decreciente para que se enfrié sin tensiones internas que lo volverían demasiado frágil.

Otro procedimiento empleado es el estriado, que se lleva a cabo con el vidrio en posición o vertical.

Vidrio colado: Se presenta en forma de láminas de diferente grosor y con diversas texturas en su superficie.

Se puede obtener de dos métodos diferentes:

- En el método de colada, el vidrio fundido se almacena en una cubeta giratoria y sale al exterior por la boca inferior de esta. Al salir, se vierte sobre una mesa de colada provista de un rodillo laminador refrigerado por agua.

- En el método de laminado, el vidrio fundido también se almacena en una cubeta y sale al exterior por una boca inferior. En este caso, existen dos rodillos laminadores refrigerados y situados a la distancia requerida.

El vidrio colado tiene múltiples aplicaciones. Se utiliza en suelos, planchas de mesa, placas de depósitos de laboratorio, vidrios coloreados par usos ornamentales, etc.

Vidrio prensado: El procedimiento de obtención es similar al empleado con otras materias primas: el vidrio fundido se vierte en el interior de un molde metálico y se comprime mediante una estampa con contra molde.


Se utiliza para obtener artículos en serie provistos de gruesas paredes, como ladrillos, vidrieras, baldosas y objetos de decoración: jarrones, ceniceros, etc.

Fibra de vidrio: Se consigue mediante extrusión de la masa de vidrio a través de unas boquillas o hileras de diámetro inferior a 0.1 mm. Principalmente se usa para la fabricación de cables de fibra óptica, utilizados en el sector de las telecomunicaciones para transmitir señales de telefonía, radio, televisión o Internet.

5.2 Derivados: vidrios especiales Vidrio de ventana: Puede ser incoloro o coloreado. Se trata de un material bastante duro y transparente a la luz visible, pero no a la ultravioleta. Vidrio armado: Se añade una malla metálica en su interior. No aumenta su resistencia, pero, en caso de rotura, se evita que los fragmentos se dispersen. Se utiliza como elemento protector en caso de fuego. Vidrio anti fuego: Capaz de soportar altas temperaturas Vidrio borosilicatado: Es capaz de soportar choques térmicos bruscos sin romperse. Vidrio templado: Es elástico, resistente a los golpes y posee un coeficiente de dilatación muy bajo. Vidrio laminado: Su resistencia depende del grosor de las lunas. Vidrio anti reflectante: Es un vidrio plano provisto, por ambas caras, de una capa dura y resistente que evita la reflexión.

6 La madera Los principales componentes de la madera son la celulosa y la lignina, además de otras sustancias, como resinas, taninos, almidón, alcanfor y, sobre todo, agua.

6.1 Tipos de maderas

Dependiendo de su grado de humedad las podemos clasificar en estas categorías:

- Maderas verdes: Poseen un grado de humedad de hasta el 33% - Maderas desecadas de forma natural: son aquellas que se ha conseguido rebajar su

humedad hasta el 12%. - Maderas secas: humedad en torno al 3%

Otra clasificación es según su dureza, que forman dos grandes grupos:

- Maderas bandas: Son las obtenidas a partir del pino, del abeto, el cedro o la secuoya. - Maderas duras: Proceden de arboles como el roble, la encina, el fresno, el olmo, el

nogal, el haya o la caoba.


La estructura del tronco de los arboles no es homogénea, al cortar un tronco de forma transversal observamos dos zonas claramente diferenciadas:

- El duramen o corazón es la parte más interna y corresponde a la zona muerta del tronco. Tiene una consistencia más dura que la parte viva y un color más oscuro.

- La albura corresponde a la zona de crecimiento del árbol. En ella se aprecia una serie de anillos que determinan el crecimiento anual.

6.2 Proceso de obtención de la madera Para la utilización de la madera se comienza con el proceso de la tala o apeo de los arboles, por medio de sierras mecánicas. Una vez talados, se procede a la separación de ramas y hojas y al transporte de los troncos hasta los aserraderos. Una vez llegan al aserradero, primero se lleva a cabo el descortezado y, posteriormente, el troceado o despiece del tronco, que consiste en su aserrado longitudinal para obtener tablones. En proceso, en ocasiones puede ser bastante sofisticado, con el fin de obtener el mejor aprovechamiento del tronco. Los tablones que han sido obtenidos serán sometidos a rigurosos procesos de secado. Debido a la naturaleza fibrosa, los diferentes tipos de maderas suelen soportar bien los esfuerzos de tracción, compresión y flexión, cuando éstos se realizan en sentido longitudinal a la veta. En cambio, ésta resistencia se ve notablemente reducida cuando los esfuerzos se realizan en sentido transversal.

6.3 Aplicaciones de la madera En la construcción, la madera se ha empleado tradicionalmente en columnas, vigas y jácenas. En la actualidad, el acero y el hormigón la han sustituido con ventaja.

- Las maderas de gran resistencia física, como las de pino, abeto o cedro, siguen utilizándose en la confección de puerteas, ventanas y marcos. También se emplean para la fabricación de muebles.

- Las maderas que presentan dibujos vistosos en sus mallas y que admiten un buen pulido, como las de haya, fresno, nogal, cedro, roble, etc., se destinan a la fabricación de muebles y también se emplean en carpintería interior.

- Las maderas exóticas, por su precio elevado, solo se usan para revestir tableros de maderas más baratas. Es el caso de la caoba o el ébano. También se emplean en muebles de lujo, en esculturas y en la fabricación de instrumentos musicales.

6.4 Derivados de la madera: tableros manufacturados Se han desarrollado algunos materiales derivados de la madera que permiten aprovechar al máximo los desperdicios producidos en la fabricación de tablones. Entres los más conocidos, destacan:


- El contrachapado está formado por finas planchas de madera unidas entres si mediante cola resistente al agua y dispuesta de modo que las vetas de las sucesivas planchas formen un ángulo recto.

- El tablero aglomerado se obtiene a partir de virutas de madera mezcladas con resinas adhesivas resistentes al agua que solidifican en caliente por efecto de la presión. Para obtenerlo el proceso es el siguiente:

o Descortezado de la madera y eliminación de la corteza o Triturado de los troncos hasta obtener virutas de un tamaña suficientemente

adecuado o Secado artificial de las virutas hasta un grado de humedad inferior al 5%. o Mezclado de las virutas con las resinas o colas o Prensado y secado en caliente de la mezcla mediante platos a temperaturas

que oscilan entre los 160 y 200ºC. o Acabado de los tableros, se lijan para eliminar el sóbrate de virutas no

adheridas. A veces se recubren con chapas de maderas nobles o materiales plásticos.

- El tablero pensado, también denominado tablex, se elabora con pulpa de madera sometida a altas presiones. Su principal inconveniente radica en que la humedad puede deshacerlo por completo.

- El DM, también llamado tablero de fibra de densidad media, es un tablero aglomerado fabricado con fibras de madera, pero sin lignina que se ha pensado en seco.

Las principales ventajas de estos tableros son: la eliminación de los nudos y grietas, se pueden obtener superficies de cualquier tamaño y resultan más baratos que los tableros naturales. El principal inconveniente radica en que soportan peor los esfuerzos de flexión

7 Aceros para la construcción Conviene destacar aquí algunos detalles relacionados con los materiales metálicos que se emplean en la construcción. En concreto de los siguientes tipos de aceros: - La fundición (hierro con un contenido en carbono superior al 2%) tuvo su apogeo en

el siglo XIX con la construcción de puentes y soportes de estructuras urbanas. Actualmente, se ha sustituido por el hormigón y el acero laminado por razones de economía de costes.

- El acero moldeado presenta una resistencia a la tracción y a la compresión igual o superior a la del acero laminado.


- El acero laminado es el material férrico más utilizado en la actualidad. Amenazó con desbancar a otros materiales, pero su mayor coste no lo ha permitido. Sin embargo, es insustituible en construcciones de elevada altura o en obras publicas que requieren gran luz, como el caso de los puentes o viaductos.


La seguridad de los operarios que trabajan en industrias de la construcción y el impacto sobre el entorno que las circunda, exigen la aplicación de unos rigurosos controles de calidad. Habría que añadir, en el caso de la madera, la deforestación de grandes masas boscosas y el alto volumen de residuos de demolición y obras en el sector de la construcción.


ÍNDICE (TEMA 8)

1 Introducción a otros materiales de uso técnico

2 El papel 2.1 Proceso de producción de pasta de papel 2.2 Fabricación del papel 2.3 Tipos de papel

3 Los plásticos 3.1 Estructura de los plásticos 3.2 Clasificación de los plásticos 3.3 Métodos de obtención

4 Las fibras textiles y los tejidos 4.1 Clasificación de las fibras textiles 4.2 Tipos de tejidos 4.3 Proceso de obtención de tejidos

5 Materiales de última generación



1 Introducción a otros materiales de uso técnico Además de los materiales metálicos y de los utilizados en la construcción, los procesos tecnológicos actuales emplean otros materiales para satisfacer las necesidades humanas crecientes en campos tan dispares como la comunicación, el envasado de alimentos o la vestimenta.

2 El papel Desde la aparición de la escritura, los seres humanos han buscando un soporte flexible y fácil de transportar sobre el que plasmar los trazos del lenguaje escrito. Como respuesta, nació el papel. La materia prima de la que se parte para la obtención de papel es la celulosa, que se encuentra en la pulpa de la madera. Para obtener papeles de superior calidad se añaden trapos desempolvados. La composición de papel depende de la variedad de madera empleada. Cuanto mayor es el porcentaje en celulosa, de mejor calidad es el papel.

2.1 Proceso de producción de pasta de papel Para producir pasta de papel es necesario extraer celulosa de la pulpa de la madera. Según el procedimiento de obtención será:

- Pasta mecánica. El proceso de obtención consta de las siguientes etapas: o Cortado de la madera previamente descortezada en trozos de longitud

entre 60 y 120 cm. o Triturado de los fragmentos de madera, impregnados de agua,

mediante muelas que giran en sentido de las fibras. o Blanqueado con blanqueadores a base de cloro. o Batido de la mezcla mediante agitadores de cuchillas o Extracción del agua y posterior secado en cámaras de vacío o con aire

caliente. - Pasta semiquímica. Para su obtención se utilizan algunos productos químicos

en pequeñas cantidades. El procedimiento es este: o Desmenuzado de la madera para facilitar el tratamiento posterior o Cocción controlada en una caldera en presencia de sosa caustica y

sulfato de sodio. o A partir de este punto, el proceso es similar al de la pasta mecánica.


- Pasta química. Esta pasta se obtiene cuando la cocción y la presión en el interior de la caldera son intensas. Los métodos más empleados para elaborar pasta química son:

o El método al licor acido también se llama método al bisulfito porque se emplean bisulfitos varios para la eliminación de lignina.

o El método al licor alcalino también se llama método al sulfito neutro de sodio porque emplea este producto en la fase de cocción.

o El método de la sosas emplea la sosa caustica en la fase de cocción y da lugar a una fibra de gran resistencia, por lo que también se llama método kraft (en alemán, “fuerte”)

La pasta de papel obtenida por procedimientos químicos se denomina pasta cruda. No tiene color definido, ya que este viene determinado por el tipo de proceso, el tiempo de cocción y la materia prima empleada. Es de gran calidad, pero de bajo rendimiento.

2.2 Fabricación del papel Una vez se tiene la pasta de papel, la primera operación consiste en el proceso de refino.

- Las células que constituyen la pasta se desmenuzan hasta que adquieren el tamaño deseado según el tipo de papel que quiere conseguirse.

- A continuación, se añaden pigmentos, colorantes y las colas al batido de la mezcla. La misión de estos aditivos es hacer el papel opaco, darle el tono de color deseado y proporcionarle algo de impermeabilidad al agua.

El proceso de fabricación es continuo y consta de estas fases:

- Tamizado. La pasta de papel se va depositando sobre una malla metálica o de plástico donde comienza a escurrir el agua y empiezan a compactarse las fibras.

- Prensado. Un rodillo marcador hace avanzar la hoja y, a la vez, si se desea, imprime en el papel la marca de agua o filigrana del fabricante.

- Secado. El papel pasa a continuación por una serie de rodillos escurridores, cuya misión es eliminar por completo el agua y los productos químicos que aun contiene.

- Satinado. Por último, el papel pasa por varias calandrias, que son rodillos de acero perfectos pulidos, encargados de alisar y satinar el papel.


2.3 Tipos de papel

Los productos obtenidos en el proceso de fabricación que hemos descrito se pueden clasificar en tres grandes categorías atendiendo a su gramaje:

- El cartón con un gramaje superior a 400 g/m2 - El gramaje de la cartulina oscila entre 150 y 400 g/m2 - El papel presenta un gramaje inferior a 150 g/m2

En función de su función los clasificamos en:

- Papel para escritura: Presenta calidades y gramajes muy diversos. - Papel alisado para la impresión: Se empela en la prensa diaria - Papel satinado para impresión: No admite escritura, pero sí impresión - Papel manila: Se emplea para envoltura en paquetería. - Papel de barba: Resulta muy útil tanto para dibujo como para escritura. - Papel moneda: Dispone de una marca de agua característica que permite

identificar los billetes que han sido fabricados con él. - Papel de fotografía: Una de sus caras contiene una sustancia a base de sales de

palta capaz de impresionarse por la luz.

Comercialmente, el papel se presenta en rollos de papel continuo o en formatos predeterminados, que suelen ser ligeramente mayores que la norma DIN, la cual determina el formato de papel para cada uso.

3 Los plásticos

De forma general, entendemos por material pastico que es capaz de ser modelado mediante pequeños esfuerzos a temperaturas relativamente bajas. Los plásticos son compuestos procedentes de sustancias naturales o también de compuestos orgánicos que han sufrido una gran transformación química. Estas sustancias pueden ser de diferente origen: - De origen mineral, como el del petróleo, la hulla o el gas natural - De origen vegetal, como la madera, el algodón algunas plantas oleaginosas, las

gomas vegetales y la resina de algunos árboles. - De origen animal, fundamentalmente de leche y sus derivados, en particular la

caseína.


Los plásticos tienen estas propiedades características: - Presentan una elevada masa molecular y una baja densidad. - Son aislantes térmicos, eléctricos y acústicos, y presentan buena resistencia a

los agentes químicos inorgánicos y al agua, a la oxidación y a los esfuerzos mecánicos.

- Pueden ser conformados por presión o por calor.

3.1 Estructura de los plásticos Para la fabricación de un plástico se parte siempre de una sustancia de estructura simple denominada monómero. La reacción química de los monómeros provoca la unión de estos en largas cadenas llamadas polímeros. Este proceso se conoce como polimerización y puede ser de tres tipos:

- La polimerización directa se produce cuando las moléculas del monómero reaccionan entre sí por la acción del calor o la presión, en presencia de un catalizador.

- La policondensación tiene lugar cuando se forman las cadenas por reacción entre monómeros que tienen más de dos grupos reactivos.

- La poliadición es similar a la poli condensación, pero se desarrolla por etapas y no elimina compuestos en la reacción.

La longitud de la cadena de moléculas determina sus características:

- Los plásticos que poseen de 20 a 30 monómeros en la cadena suelen ser frágiles.

- Los plásticos que tienen entre 100 y 1000 monómeros en la cadena polimérica son blandos.

- Los plásticos que contienen más de 1000 monómeros en la cadena son resistentes y flexibles.

3.2 Clasificación de los plásticos Dependiendo de su comportamiento frente al calor los podemos clasificar en dos grandes categorías:

- Los pasticos termoplásticos se obtiene por polimerización directa y están constituidos por moléculas de cadenas paralelas con algunos enlaces entre ellas. Se reblandecen cuando se calientan y vuelven a endurecerse cuando se


enfrían. Ejemplos de termoplásticos son: el PVC, el polietileno, el poliestireno, el polipropileno, el metacrilato de polimetilo o plexiglás y las poliamidas como el nailon.

- Los termoendurecibles o termoestables se obtienen por policondensación y están constituidos por macromoléculas orientadas en todas direcciones. Si se les aplica calor, se produce en ellos una modificación fisicoquímica que los endurece definitivamente. Son termoestables la baquelita, la melanina, las resinas fenólicas, las siliconas, etc. Si atendemos a la naturaleza de las materias primas que empleamos para su obtención se clasifican en:

- Los plásticos de origen natural se obtienen a partir de resinas naturales, del caucho y sus derivados, de la celulosa, de la caseína de la leche y del petróleo. Todos son termoestables.

- Los plásticos sintéticos se elaboran a partir de productos químicos diversos que han sido creados de forma artificial. Pueden ser termoplásticos o termoestables. Plásticos de origen natural

- El celofán se obtiene a partir de la celulosa. - El celuloide se consigue mediante la combinación de la celulosa con acido

nítrico. - La galalita procede del secado y prensado de la leche coagulada de los

animales, a la que se añaden algunos aditivos. - Las gomas se obtienen a partir del caucho natural, que procede de la

coagulación del látex (resina de ciertos arboles tropicales). Según la proporción de azufre que se emplee en el vulcanizado, se distinguen diferentes tipos de gomas:

o Si el contenido en azufre oscila entre el 3 y el 20%, se trata de goma blanda. Se emplea normalmente en la fabricación de neumáticos para automóviles

o Si el azufre alcanza el 30%, se obtiene goma dura, que puede mecanizarse mediante sierras, limas y tornos. Se emplea para la fabricación de baterías eléctricas, ya que es un buen aislante eléctrico.

- El caucho sintético apareció como respuesta a la escasez de productos vegetales con los que elaborar el caucho natural. Los principales tipos de cauchos sintéticos son la buna y perbunan. Las aplicaciones son similares a las del caucho natural.


Plásticos sintéticos termoestables

- Las resinas de urea-formaldehido se denominan así porque proceden de estos dos productos. No desprenden olor y presentan un color claro, inalterable con la luz. Con ellos se fabrican objetos de uso domestico, interruptores, portalámparas, clavijas, etc.

- Las resinas de melanina se conocen también como de melanina-formaldehido y presentan unas propiedades físicas y técnicas muy similares a las de las resinas de urea. Se utilizan para el revestimiento de muebles de cocina, fabricación de juguetes, etc.

- Las resinas fenólicas se obtienen a partir de fenol o acido fenico y de formaldehido. Se comercializan con el nombre de baquelita. Se piezas de uso industrial, carcasas de teléfonos o mangos de utensilios e concina, también se usan para barnices, adhesivos, etc.

- Las resinas epoxídicas, conocidas abreviadamente como resinas epoxi, se obtienen a partir de acetileno y endurecen al mezclarlas con un catalizador. Se emplea principalmente para la fabricación de pegamentos.

- Las resinas de poliésteres se obtienen a partir del alquitrán de hulla y del estirol, y también endurecen al contacto con un catalizador. Se emplean en la fabricación de cubiertas, depósitos, cascos de embarcaciones, etc.

- Los poliuretanos son materiales sintéticos fabricados a partir de benzol y de resinas de poliéster. Cuando presentan baja densidad se emplean en la fabricación de gomaespumas y esponjas.

Pasticos sintéticos termoplásticos

- El cloruro de polivinilo, conocido comercialmente como PVC, se obtiene por polimerización del acetileno con acido clorhídrico. Se emplea en carcasas de bombas, tuberías y válvulas. También puede comportarse como la goma si se añaden reblandecedores.

- El poliestirol o poliestireno se fabrica a partir del estirol procedente del petróleo y del benzol. Con él se construyen núcleos de bobinas, regletas y películas aislantes para envoltorios.

- El polietileno procede de la polimerización del etileno, gas que se obtiene del petróleo o del gas natural. Se usa como aíslate de conductores eléctricos y también en piezas prensadas, ruedas dentadas, etc.

- El polimetacrilato, también llamado vidrio acrílico o metacrilato, se obtiene a partir del acetileno. Se emplea como sustituto del vidrio en faros e intermitentes de automóviles, en relojes o en muebles auxiliares.

- Las poliamidas son materiales elaborados a partir del carbón. Los más conocidos son el nailon y el perlón. En forma de fibra, en la fabricación de


tejidos y, también, para cuerdas y cables. En forma de lámina se utilizan para el envasado de alimentos.

- Los elastómeros se caracterizan por poseer una elevada elasticidad. o El caucho sintético se emplea para mangueras, juntas de aislamiento y

recubrimiento de cables que están sometidos a altas temperaturas. o El policloropreno, conocido con el nombre de neopreno. Se utiliza para

la confección de trajes especiales de protección con en inmersiones bajo el agua, como aislamiento eléctrico y en la fabricación de correas para mecanismos.

3.3 Métodos de obtención

La fabricación de objetos de plástico se lleva a cabo mediante diferentes técnicas de moldeo, entre las que cabe destacar:

- El moldeo por compresión se aplica cuando la materia prima es una resina termoestable. Se suele emplear para fabricar objetos huecos de gran tamaño, poco espesor, como utensilios de cocina.

- El moldeo por inyección también se utiliza con resinas termoestables. Se usa en la fabricación de objetos de gran calidad, como carcasas de electrodomésticos o piezas de maquinaria.

- El moldeo por extrusión se emplea con resinas termoplásticas. Se aplica en la obtención de tubos o varillas y en materiales de recubrimiento de conductores.

- El moldeo por soplado también se emplea con resinas termoplásticas. Es el tipo de moldeo utilizado para la obtención de todo tipo de botes y botellas.

- El moldeo de conformación al vacio se aplica también a sustancias termoplásticas. Se emplea para la obtención de piezas abiertas, como cubos, vasos o recipientes en forma de palangana.

4 Las fibras textiles y los tejidos

Las fibras textiles son el origen de los tejidos que utilizamos para distintos fines, tanto en la confección de prendas de ropa como en la fabricación de diferentes elementos de uso industrial, como cubiertas, envoltorios y conducciones de fluidos.

4.1 Clasificación de las fibras textiles

Las fibras textiles, según su origen las podemos clasificar en estos tres grandes grupos:


- Las fibras naturales son las que tienen su origen en el reino animal, el vegetal o el mineral. Entre ellas destacan el algodón, el lino, el cáñamo, el esparto, la pita, la lana, la seda y el amianto.

- Las fibras artificiales se pueden obtener por procedimientos mecánicos o químicos a partir de polímeros naturales.

- Las fibras sintéticas se obtienes por síntesis química. Según el proceso utilizado se consiguen distintas materias, como las poliamidas, el poliestireno, el polivinilo, el polipropileno, etc.

Las principales fibras naturales son: El algodón Se obtiene del fruto de una planta herbácea llamada algodonero. En su fruto o capsula se encuentran las semillas y la fibra, la cual contiene más de un 90% de celulosa pura. En la actualidad, es la más importante de las fibras vegetales, ya que más de la mitad de la producción textil mundial se confeccionan con ella. El lino Se obtiene del tallo de la planta del mismo nombre. Resulta fácil de blanquear y se emplea en los tejidos finos y de lencería. Éstos se caracterizan por ser frescos y permanecer inalterables durante mucho tiempo, aunque se arrugan con facilidad. La lana Se obtiene del pelo de algunos animales mamíferos, como la oveja, la llama, la alpaca, el camello o la cabra de angora. Resulta muy apropiada en la fabricación de prendas de abrigo para regiones frías y húmedas. Hasta finales del siglo XVIII no se hiló de forma industrial. La seda Es una especie de baba o jugo viscoso que segrega algunos gusanos y que coagula en contacto con el aire. Esta fibra se caracteriza por su suavidad, brillo y tenacidad.


4.2 Tipos de tejidos Con las diferentes fibras textiles pueden confeccionarse varios tipos de tejidos. Entre los que destacan:

- El fieltro no es propiamente un tejido, pues, aunque esta constituido por fibras, estas no siguen ninguna orientación previa.

- Las mallas están constituidas por un entrelazado de hilos, anudados y retorcidos para formar diferentes figuras.

- El género de punto está constituido por un hilo continuo que se entrelaza consigo mismo formado bucles.

- Los tejidos clásicos planos se forman entrecruzado dos series de hilos perpendiculares entre sí, denominadas trama y urdimbre.

o En el tejido denominado tafetán, la trama pasa alternativamente por encima y por debajo de los hilos de la urdimbre.

o En la sarga, la trama pasa por encima y por debajo de los hilos de la urdimbre siguiendo un ritmo regular, lo que provoca que el tejido forme rayas en diagonal y en relieve.

o En el raso o satén, la trama pasa de forma irregular por encima y por debajo de distintos hilos de la urdimbre, con lo que resulta un tejido de superficie lisa y tupida.

4.3 Proceso de obtención de tejidos Aunque pueden variar según el tejido que queramos confeccionar, de forma general, se establece la siguiente frecuencia:

- En primer lugar, hay que obtener la fibra, para proceder a la eliminación de la suciedad o las impurezas que pueden llevar adheridas.

- Más tarde, mediante la torsión y el posterior bobinado de las fibras se obtienen los hilos.

- A partir del hilo se procede al entrelazado del los hilos para obtener los tejidos. Los métodos empleados dependen del tipo de tejido:

o Para tejidos clásicos planos se utiliza el telar o Para géneros de punto y mallas se utilizan las tricotadoras.

- Finalmente, se somete el tejido al proceso de teñido o estampado: o El proceso de teñido puede realizarse en fibra, en el hilo o en el tejido

ya confeccionado. o El estampado consiste en imprimir dibujos sobre tejidos ya

confeccionados, hoy en día el método más habitual para estampar


consiste en una serie de tambores giratorios sobre los que se sujeta los cilindros grabadores. La tela que se va a estampar se hace pasar entre dichos cilindros.

5 Materiales de última generación Los nuevos materiales se agrupan en tres diferentes tipos: - Los nanomateriales o materiales a escala manométrica son los obtenidos a

partir de la Nanotecnología. - Los materiales inteligentes o multifuncionales que son capaces de responder

de modo reversible y controlable ante diferentes estímulos físicos o químicos externos, modificando alguna de sus propiedades. Se clasifican en materiales electroatractivos y magnetoactivos, materiales fotovoltaicos y materiales con memoria de forma.

- Los biomateriales y los biomimiétricos buscan replicar o mimetizar los procesos y materiales biológicos, tanto orgánicos como inorgánicos, para aplicarlos en el desarrollo de huesos, tejidos y músculos artificiales biocompatibles.

Los campos de aplicación de estos nuevos materiales son muy amplios.

6 Seguridad e impacto medioambiental La seguridad de los operarios que trabajan en las industrias que emplean cualquier tipo de materiales y el impacto sobre el entorno que las circunda, exigen la a aplicación de controles de calidad. - En la industria papelera, la emisión de olores desagradables justica que la

instalación de fábricas cerca de las ciudades esté prohibida; la eliminación de los residuos fuertemente contaminantes obliga a una depuración rigurosa de los vertidos.

- En las industrias de plásticos y fibras textiles, la eliminación de lixiviados cargados de restos de pigmentos y colorantes y otros radicales metálicos y poliméricos también exige la depuración de los vertidos.

Documents

Trabajo de los materiales