C8_MATERIALES METÁLICOS

Existen muchos tipos de metales y cada uno de ellos con características propias que los hacen diferentes para fabricar multitud de objetos.

Evolución de los metales y sus aplicaciones

La utilización de los metales supuso un gran avance en la evolución de la Humanidad y provocó importantes cambios en las formas de vida.

Los primeros instrumentos de metal se elaboraron hace unos 7000 años en Oriente Medio y Anatolia. Este cambio inició una nueva etapa: la Edad de los Metales.

El cobre fue uno de los primeros metales en ser utilizados. Da nombre a un periodo de la prehistoria: La Edad del Cobre (4000 a.C). El dominio de este metal supuso un avance importante de cara a la fabricación de armas.

El bronce es una aleación de cobre y estaño.

Fue la primera aleación descubierta por el hombre. Abre otro periodo de la prehistoria:

La Edad del Bronce (3000 a.C.). Supuso una mejora de las propiedades con respecto

al cobre consiguiendo armas y utensilios más duraderos y resistentes.

El hierro abre la última etapa de este periodo: La Edad del Hierro (2000 a.C.). El hierro es un material abundante y fácil de conseguir. Permitió provisionar de armas a ejércitos enteros. La aparición del hierro provocó repercusiones en todos los sectores económicos, principalmente en la agricultura.

El descubrimiento de nuevos metales ha revolucionado el mundo de la medicina, construcción, medios de transporte, ocio, industria, etc. En general, mejora la calidad de vida. El titanio tiene múltiples aplicaciones en el campo de la medicina. El acero, aleación de hierro y carbono, supuso un gran cambio, pues nos permite construir grandes edificios. La industrialización del acero se produjo a partir de 1882.

Propiedades

Los metales tienen unas propiedades comunes que permiten trabajar con ellos de forma muy distinta a como se trabaja con otros materiales.

• Son densos. En general, todos los metales suelen tener una densidad elevada. Por ejemplo, la densidad del hierro es casi ocho veces mayor que la del agua.

• Son buenos conductores del calor. Por ejemplo, cuando colocamos una sartén en el fuego, la parte metálica se calienta mucho: si la tocamos, nos quemamos. Esto permite que se cocinen los alimentos.

• Son resistentes. Soportan grandes esfuerzos de compresión, tracción o flexión sin romperse.

Observa la siguiente tabla en la que se compara la resistencia a la tracción de algunos materiales metálicos. Un hilo de 1 mm2 de sección de cada metal puede soportar sin romperse el peso de distintas masas:

Titanio	70 kg	Fundición	18 kg
Acero	70 kg	Aluminio	10 kg
Magnesio	18 kg	Estaño	5 kg
Cobre	18 kg	Cinc	3 kg

• Son tenaces. Aguantan golpes sin romperse. Por ejemplo, la cabeza de los martillos están fabricadas, por lo común, de hierro, un material tenaz que no se deforma ni se rompe con los golpes.

• Son dúctiles. Se pueden estirar en forma de hilos. Por ejemplo, con el cobre se fabrican hilos conductores para circuitos eléctricos. Y son maleables. Pueden formar láminas. Por ejemplo, el papel de aluminio.

• La temperatura de fusión de la mayoría de los metales es muy alta. Todos, excepto el mercurio, son sólidos a temperatura ambiente.

Observa la siguiente tabla en la que se compara la temperatura de fusión de algunos materiales metálicos:

Titanio	1800ºC	Aluminio	660 kg
Acero	1500ºC	Magnesio	650 kg
Fundición	1100ºC	Cinc	419 kg
Cobre	1088ºC	Estaño	218 kg

• Algunos metales son magnéticos. Es decir, son atraídos por los imanes, como es el caso del hierro o el acero.

• Son buenos conductores de la electricidad. El metal que mejor conduce la corriente eléctrica es la plata. En cambio, para fabricar los cables utilizamos el cobre. ¿Por qué? Pues porque el cobre es muy buen conductor y, además, es dúctil y mucho más económico que la plata.

Clasificación de los materiales metálicos

La mayoría de los metales no se emplean en estado puro, sino en aleaciones.

Algunos materiales metálicos, como el cobre, se obtienen directamente de la naturaleza. Otros, como el acero, son materiales formados por las personas.

Llamamos aleación a una mezcla de dos o más materiales donde al menos uno de ellos es metálico.

El hierro y sus aleaciones son los materiales metálicos más empleados: forman el 90 % de la producción mundial. Esto es porque el hierro es abundante, barato y mejora sus propiedades al formar aleaciones.

Por esta razón clasificamos los metales en: metales férricos y no férricos.

• Metales férricos: son materiales cuyo componente principal es el hierro. El carbono (C) no es un metal, pero mezclado en pequeña proporción con el hierro mejora notablemente sus cualidades. Según la cantidad de carbono que se agregue al hierro, podemos distinguir hierro dulce, aceros y fundiciones.

• Metales no férricos: son metales puros y aleaciones que no tienen hierro en su composición. Los metales no férricos más importantes en la industria son el cobre, el estaño, el cinc, el aluminio, el magnesio y el titanio.

Obtención de metales en celda electroquímica

Una celda electroquímica es un recipiente que contiene un líquido que conduce la electricidad y unos bornes que se conectan a un voltaje determinado.

La electricidad produce la descomposición química del líquido en sus componentes. Con celdas electroquímicas se obtienen cobre, aluminio, magnesio o cinc.

El aluminio es el elemento metálico más abundante de la corteza terrestre, pero siempre se encuentra combinado con otros elementos. Observa en la ilustración cómo se obtiene.

Obtención de metales

La mayoría de los metales no se encuentran puros en la naturaleza, por

lo que es necesario extraerlos de los minerales que los contienen mediante

procesos químicos. Hay dos formas básicas de hacerlo:

• En el horno: a altas temperaturas.

• Por electrolisis: mediante una corriente eléctrica.

Obtención de fundición y acero mediante altas temperaturas. La diferencia entre acero y fundición es la cantidad de carbono; el acero contiene menos carbono que la fundición, pero ambos son metales férricos.

Trabajo con metales en la industria

Para obtener la gran mayoría de productos metálicos industriales se realizan procesos más complejos que los llevados a cabo en el taller.

• Moldeo

En este caso el metal fundido es vertido dentro de un molde de arena o acero y se deja enfriar.

•  Conformado

El metal fundido sale de la cuchara y se va enfriando mientras que se le aplica presión con elementos móviles como rodillos de laminación o prensas hidráulicas. Los metales pueden conformarse como planchas o perfiles macizos o huecos.

Impacto medioambiental

El uso de materiales metálicos afecta al medio ambiente:

Extracción de minerales: Los minerales se extraen de minas y de canteras. Las canteras y las minas a cielo abierto mueven una gran cantidad de tierra,generan grandes cantidades de polvo y alteran el paisaje.

Industria metalúrgica: Los hornos de las industrias emiten gran cantidad de gases. Y los procesos electroquímicos consumen mucha energía electrica. Además, usan tratamientos químicos que generan desechos muy tóxicos.

Productos desechados: En nuestra sociedad de consumo se generan grandes cantidades de residuos metálicos: envases, pilas y baterías, vehículos viejos, maquinaria, barcos, aviones, etc.

El reciclado se presenta como una alternativa para reducir la cantidad de materia prima extraída de la naturaleza, y de este modo reducir el impacto ambiental. Los metales se pueden fundir y conformar infinitas veces. Para ello se retiran los productos metálicos inservibles, se recupera el metal que contienen y se clasifican los distintos metales y sus aleaciones. El material recuperado se prepara y se usa para fabricar nuevos productos.

C9_MATERIALES DE MADERA

La madera es un recurso natural de origen vegetal que se obtiene principalmente

de los troncos de los árboles.

La madera ha sido empleada por el ser humano desde siempre; primero como combustible para producir fuego con el que cocinar o calentarse, y más tarde para la fabricación de utensilios, armas, viviendas, etc.

En la actualidad seguimos empleando la madera como combustible, en la elaboración de herramientas y utensilios, en la construcción y, además, en la obtención de productos derivados, como el papel, el cartón, aglomerados, etc.

Descripción del tronco

Las partes del tronco

• Corteza: Es la parte exterior que envuelve el tronco.

• Albura. Es la madera en periodo de elaboración. Es la zona viva del árbol, llena de savia. Su color es más claro, y es menos dura que el duramen.

• Duramen. Es la madera propiamente dicha.

• Médula: Es la parte central del árbol.

• Radios medulares: Del corazón del tronco salen unos radios que se encargan de llevar la savia hacia la periferia.

Fuente: http://www.wikipekes.com/las-partes-del-tronco-del-arbol.html

Obtención de la madera

Hoy en día, la madera se obtiene de árboles en pleno desarrollo (ni muy jóvenes ni muy viejos). Se talan en el invierno, cuando la circulación de savia es menor. Las fases para conseguir la madera son las siguientes:

1. Corte de los árboles. Se realiza a mano, con hachas y sierras, o bien con sierras mecánicas. Una vez talado el árbol, se eliminan la corteza y las ramas.

2. Transporte. Los troncos se transportan al aserradero por carretera, ferrocarril o vías de agua. (Normalmente, la madera es menos densa que el agua y flota en ella, por

eso se aprovecha la corriente del río para transportar los troncos.)

3. Corte de la madera. Se procede a quitarle al tronco la corteza (si la tiene) y se corta longitudinalmente con sierras verticales de vaivén o con sierras circulares. De este

proceso se obtienen tablas, tablones, chapas y listones.

4. Secado. Se apilan las maderas de tal forma que estén separadas del suelo y entre sí para que circule aire entre ellas. Se puede acelerar el secado utilizando aire caliente.

5. Distribución a ebanisterías, carpinterías y fábricas. En las industrias madereras es donde se elabora el objeto final de madera a partir de los tableros naturales. Las ramas y la corteza sirven para fabricar maderas y tablones artificiales.

Clasificación de la madera

Existe una gran variedad de maderas, cada una con características propias que la hacen más apta para un uso u otro. Las diferentes propiedades de la madera permiten usar este material en ámbitos muy diversos, en función de las propiedades estéticas, la facilidad para trabajarla, la disponibilidad (el precio), la resistencia a la humedad, etc.

Para poder estudiarlas vamos a clasificarlas en:

• Maderas blandas. En general se trata de árboles resinosos de hoja perenne, de color blanquecino y fáciles de trabajar, como el pino o el abeto.

• Maderas duras. Corresponden a árboles de hoja caduca, como el fresno, el nogal, el roble, el haya o el ébano.

Propiedades de la madera La madera no tiene propiedades fijas. Incluso trozos tomados del mismo árbol son distintos. A pesar de ello, estudiaremos las propiedades generales de la madera que influyen en sus aplicaciones.

• Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen de los cuerpos.
Densidad=Masa/Volumen

La unidad de densidad en el Sistema Internacional es el kg/m3, pero resulta más manejable el g/cm3. 1 g/cm3 = 1000 kg/m3 dagua = 1 g/cm3 = 1000 kg/m3
En general, todas las maderas suelen ser menos densas que el agua, y por eso flotan.

• Dureza: Es la oposición que presenta un material a ser rayado o penetrado por otro más duro que él.

• Resistencia a esfuerzos: Indica la capacidad que tiene un material de soportar esfuerzos sin romperse.

La tracción y compresión miden la resistencia que ofrece la madera cuando aplicamos dos fuerzas que actúan en sentidos opuestos.

La flexión mide la resistencia que ofrece la madera cuando aplicamos una fuerza puntual en el centro.

La resistencia es la propiedad más importante a la hora de elegir un tipo de madera u otra. La resistencia ofrecida por la madera depende de la dirección en que se realice el esfuerzo. La madera resiste muy bien esfuerzos de tracción y compresión en la dirección paralela a las fibras. En cambio, en la dirección perpendicular a las fibras es muy débil.

Derivados de la madera

De la madera natural se obtienen otros productos, como los tableros, el papel y el cartón.

Los tableros derivados de la madera En general los muebles no están fabricados de madera maciza. El interior de los muebles se elabora con tableros derivados de la madera, y solo se usa la madera natural en la parte exterior, en forma de láminas.

Los tableros artificiales presentan las siguientes características:

• Son más económicos que la madera natural. Se aprovecha el 100 %

de los árboles.

• Son más planos y lisos.

• Pueden tener tamaños mucho mayores.

• No se deforman ni se pudren ni se carcomen, es decir, no son atacados por los insectos.

Fundamentalmente pueden ser de tres tipos:

1) Contrachapado. Se fabrica a partir de capas finas de madera pegadas entre sí y colocadas una perpendicular a otra. Así se consigue una resistencia uniforme del material.

El número de capas es siempre impar para que las vetas sean paralelas. Para pegar las capas de madera se emplea cola.

2) Aglomerado. Se fabrica a partir de virutas o trozos de madera mezclados a presión y encolados. El producto resultante se prensa formando planchas y se deja secar. El acabado del aglomerado puede ser sin cubrir plastificado

o chapado con madera natural.

3) DM (densidad media). Se obtiene a partir de fibras de madera seca, comprimidas a alta presión y temperatura, y unidas mediante resina sintética. El resultado es una textura fina y uniforme con cantos perfectos. Es muy duro, fácil de trabajar y pintar.

Actividad complementaria

¡Haz tu propio papel reciclado!

Fuente: http://www.reciclados.ulp.edu.ar/RECICLADOSULPAsp/paginas/pagina.asp?PaginaID=9

Fuente: http://rutan.verdeate.com/energia/usuarios/sury-vanessa-garcia-correa-10106

C0_CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Actividad introductoria

1. Enumera cinco objetos fabricados con cada tipo de material; es decir, cinco objetos de madera, cinco de plástico, etc.
2. Observa en tu casa qué material predomina en cada estancia: en el baño, en la cocina, etc. ¿Por qué crees que es así?

Los objetos que nos rodean están fabricados con una gran variedad de materiales que podemos clasificar de diferentes formas; por ejemplo, por su origen. Sin embargo, el criterio más adecuado para clasificar materiales es por sus propiedades. Las posibles aplicaciones de los materiales dependen fundamentalmente de sus características.

Clasificación de los materiales según su origen

• Materiales naturales: son aquellos que se encuentran en la naturaleza, como el algodón, la madera o el cobre.

• Materiales sintéticos: son aquellos creados por las personas a partir de materiales naturales; por ejemplo, el hormigón, el vidrio, el papel o los plásticos.

Clasificación de los materiales según sus propiedades

Podemos clasificar los materiales en los siguientes grupos: maderas, metales, plásticos, materiales pétreos, cerámicas y vidrios o materiales textiles.

Material	Obtención	Propiedades	Aplicaciones
Maderas Pino, roble, haya.	A partir de árboles.	• No conducen el calor ni la electricidad. • Fáciles de trabajar.	• Muebles. • Cartón. • Embarcaciones.
Metales Cobre, estaño, aluminio.	A partir de determinados minerales.	• Buenos conductores del calor y la electricidad. • Dúctiles y maleables.	• Clips. • Cuchillas. • Cubiertos. • Estructuras.
Plásticos PVC, metacrilato.	Mediante procesos químicos, a partir del petróleo.	• Ligeros. • Malos conductores del calor y la electricidad.	• Bolígrafos. • Carcasas de electrodomésticos. • Envases.
Pétreos Mármol, granito.	Se obtienen de las rocas, en canteras.	• Pesados y resistentes. • Difíciles de trabajar. • Buenos aislantes del calor y de la electricidad.	• Encimeras. • Fachadas y suelo de edificios.
Cerámicas y vidrios Loza, porcelana, vidrio.	Cerámica: a partir de arcillas y arenas por moldeado y cocción. Vidrio: se obtiene mezclando y tratando arena, caliza y sosa.	• Duros. • Frágiles. • Transparente (solo vidrio).	• Vajillas. • Ladrillos, tejas. • Ventanas, puertas. • Cristales.
Textiles Algodón, lana, nailon.	Se hilan y tejen fibras de origen vegetal, animal o sintético.	• Flexibles y resistentes. • Fáciles de trabajar.	• Ropa. • Toldos.

Materiales compuestos

Algunas veces necesitamos combinar las propiedades de varios tipos de materiales en uno sólo, para lo cual se usan materiales compuestos. Algunos de ellos los describimos a continuación:

• El tetrabrik es un material compuesto formado por capas de material plástico, cartón y aluminio. El plástico hace que sea impermeable. El cartón aporta resistencia. El aluminio conserva los alimentos sin dejar pasar la luz.

• La fibra de carbono suele combinarse con otros materiales para formar compuestos. Por ejemplo, se combina con algunos plásticos y da lugar a materiales muy resistentes y ligeros que se utilizan para fabricar raquetas, bicicletas…

• La fibra óptica es el material de las comunicaciones del siglo xxi porque es capaz de transmitir mucha más información que el cable de cobre. Es un hilo del grosor de un cabello, constituido por dos vidrios diferentes de gran pureza, uno contenido en el otro.

• También son materiales compuestos el aglomerado y el contrachapado, que usaremos en el taller. Se fabrican a partir de láminas (contrachapado) o restos de madera (aglomerado) con cola.

Aleaciones

Normalmente, los materiales metálicos no se utilizan en estado puro, sino formando aleaciones. Una aleación está compuesta de dos o más elementos, siendo al menos uno metálico. Por ejemplo: El acero, aleación de hierro y carbono. El bronce, aleación de cobre y estaño y el latón, aleación de cobre y cinc.