Materiales de uso técnico

    MATERIALES DE USO TÉCNICO    

La raza humana a lo largo de su historia siempre ha buscado para satisfacer sus necesidades y tratar de hacer la vida más llevadera y sencilla, para ello ha desarrollado infinidad de objetos; todos estos sin excepción están construidos a base de uno o más materiales. La naturaleza presenta una enorme oferta de elementos susceptibles de ser modificados en beneficio del hombre. 

Es tal la importancia de los materiales que la clasificación de las grandes eras de la civilización humana se da en base a los materiales usados y las tecnologías adoptadas para su transformación. Es así como el Paleolítico la era en la que la humanidad utilizaba la piedra, pero tallada, mientras que en el Neolítico se hacía uso de ella pero pulida, por su parte en la Edad de los metales (cobre, bronce, hierro) inicialmente el hombre usa metales como el oro, cobre e incluso hierro en su forma pura, más tarde se desarrolla de forma artesanal la metalurgia con la cual se logra obtener metales a partir de algunos minerales. La historia de la metalurgia evoluciona paralelamente a las tecnologías de la elaboración: 

- el amartillado en frío del metal; 

- la fundición de los minerales que se funden con más facilidad (oro, plata, cobre, estaño); 

- las aleaciones de metales fundibles (el bronce, “Edad de Bronce” 3.000 a.C., obtenido con cobre y estaño) y

- la fundición del hierro (“Edad de Hierro” 1.500 a.C.) 

Hasta después del siglo XVIII d.C. no podemos hablar de la “Edad del Acero” se puede fijar el nacimiento de una metalurgia científica, que ha permitido el desarrollo de multitud de aleaciones metálicas.

En la actualidad (Era de la información) cuando la capacidad de manejo y almacenamiento de información es lo que diferencia a los países, se habla de la “Era del Silicio” por ser este material el más usado en la fabricación de microprocesadores. Al siglo XX se le ha llamado también la “Era de los Plásticos” iniciada en 1908 cuando Baekeland obtuvo en forma industrial la “baquelita” (fenol-formaldehido).

Conocer los tipos de materiales, así como sus principales características y propiedades es de gran importancia para determinar que o cual material usar a la hora de diseñar y construir cualquier producto, de la decisión tomada dependerá el éxito o fracaso del objeto.

PRODUCTO TECNOLÓGICO, MATERIAL ELABORADO Y MATERIA PRIMA 

Denominamos producto tecnológico al o los objetos creados por el hombre para satisfacer sus necesidades y promover una mejor calidad de vida, estos productos a su vez son construidos con uno o más materiales que reciben el nombre de material elaborado que son el producto de transformaciones físicas y/o químicas a las que son sometidas las materias primas que son aquellas que se obtienen o extraen de forma directa de la naturaleza.

Las materias primas pueden ser: 

• De origen animal: la lana, las pieles, el marfil... 
• De origen vegetal: madera, corteza, algodón, lino... 
• De origen mineral: arcilla, arena, mármol, minerales...

Los materiales elaborados son de tres tipos:

• Materiales naturales: se encuentran en la naturaleza. Algunos ejemplos son: la madera, la lana, la arcilla... 
• Materiales artificiales: se obtienen de materiales naturales que se encuentran en la naturaleza y que no han sufrido transformación previa. Así por ejemplo el cemento, el vidrio, hilos de cobre... 
• Materiales sintéticos: Fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni ellos ni ninguno de los materiales que los componen. El ejemplo más claro son los plásticos. 

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES 

Según su origen

• Naturales: Son todos aquellos materiales que se obtienen directamente de la naturaleza, estos pueden ser:
• Minerales: Los minerales tienen gran importancia por sus múltiples aplicaciones en los diversos campos de la actividad humana. La industria moderna depende directa o indirectamente de los minerales; se usan para fabricar múltiples productos, desde herramientas y ordenadores hasta rascacielos. Algunos minerales se utilizan prácticamente tal como se extraen; por ejemplo el azufre, el talco, la sal de mesa, etc. Otros, en cambio, deben ser sometidos a diversos procesos para obtener el producto deseado, como el hierro, cobre, aluminio, estaño, etc. Los minerales constituyen la fuente de obtención de los diferentes metales, base tecnológica de la moderna civilización. Así, de distintos tipos de cuarzo y silicatos, se produce el vidrio. Los nitratos y fosfatos son utilizados como abono para la agricultura. Ciertos materiales, como el yeso, son utilizados profusamente en la construcción. Los minerales que entran en la categoría de piedras preciosas o semipreciosas, como los diamantes, topacios y rubíes, se destinan a la confección de joyas. Los minerales son un recurso natural de gran importancia para la economía de un país, muchos productos comerciales son minerales, o se obtienen a partir de un mineral. Muchos elementos de los minerales resultan esenciales para la vida, presentes en los organismos. A su ves los minerales se clasifican en:

• Pétreos: es aquel material proveniente de la roca, piedra o peñasco; regularmente se encuentran en forma de bloques, losetas o fragmentos de distintos tamaños, Algunos tipos de materiales pétreos son el mármol, el granito, la pizarra, vidrio, yeso, cemento y hormigón entre una gran gama de materiales que se pueden procesar y crear, y cada uno de ellos cumple una función importante y singular en el área de la construcción.

• Bituminosos: Los materiales bituminosos son sustancias de color negro sólidas o viscosas, dúctiles, que se ablandan por el calor y comprenden a aquellos cuyo origen son los crudos petrolíferos, se obtienen de pozos petroleros o minas a cielo abierto entre ellos encontramos el betún, el asfalto, el alquitrán y la brea.
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  Metálicos: Son aquellos que están compuestos básicamente por uno o más metales.  También pueden contener otros materiales como el carbono, conducen bien el calor y la  electricidad, los metales no suelen aparecer puros, sino combinados con otros elementos y formando minerales, la Minería se encarga de extraerlos.
• Vegetales: Son los materiales que se obtienen de las plantas, normalmente pasan por algún proceso de purificación antes de que se puedan usar para algún fin determinado. Algunos ejemplos son: Algodón, Goma, Bambú, Caucho, Madera, Lino, etc.
• Animales: Son los obtenidos a partir de los animales, como el Cuero y la Lana entre otros. 
• Artificiales o Sintéticos: Los materiales artificiales son los que fabricamos las personas. Para ello, utilizamos materiales naturales que luego convertimos en artificiales. Por ejemplo, con la madera fabricamos papel y con algunos minerales fabricamos vidrio. También el plástico y el cartón son materiales artificiales. Los plásticos se fabrican con petróleo y el cartón se fabrica con madera.
  
  

Según la composición

• Metálicos: Los metales son un grupo de elementos químicos con unas características que los hacen muy útiles para el hombre, entre las que destacan la conductividad, la resistencia mecánica, la resistencia a las altas temperaturas, etc. Todos ellos son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio. 
• Férricos: Son los metales cuyo principalmente componente es el hierro, como principales características poseen resistencia a la tensión y dureza. También reciben el nombre metales ferrosos. 
• Aceros: Aleación de hierro y carbono, en la que el carbono se encuentra presente en un porcentaje inferior al 2%.
• Fundiciones: Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo.
• No Férricos 
• Cobre: El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas. El cobre se obtiene a partir de minerales como la pirita, cuprita o azurita, donde se encuentra combinado con otros elementos. Pero además el cobre puede encontrarse en la naturaleza en forma de cobre nativo, es decir, sin combinar con otros elementos.
• Aluminio: Este metal  posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX el metal que más se utiliza después del acero. Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita
• Estaño: 
• Cinc: Es un metal o mineral, el 23º elemento más abundante en la Tierra y una de sus aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero; de color blanco azulado que arde en aire con llama verde azulada. El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión. El metal presenta una gran resistencia a la deformación plástica en frío que disminuye en caliente. Los minerales de los que se extrae son el sulfuro de cinc conocido como blenda; smithsonita, hemimorfita y franklinita.
• Plomo: Es un metal pesado de densidad relativa o gravedad específica 11,4 a 16ºC, de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad. El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental. Se presenta comúnmente como sulfuro de plomo en la galena. Otros minerales de importancia comercial son la cerusita, la anglesita, la piromorfita, la vanadinita, la mimelita, la crocoita, la vulfenita, la stolzita.
• Níquel: Es un metal de transición de color blanco plateado con un ligero toque dorado, pobre conductor de la electricidad y del calor, muy dúctil y maleable por lo que se puede laminar, pulir y forjar fácilmente, y presentando ferromagnetismo a temperatura ambiente. El níquel aparece en forma de metal en los meteoritos junto con el hierro (formando las aleaciones kamacita y taenita) y se encuentra en el núcleo de la Tierra también junto al hierro e iridio, formando entre estos tres metales una aleación increíblemente dura y pesada. Combinado se encuentra en minerales diversos como garnierita, millerita, pentlandita y pirrotina.
• No Metálicos 
• Maderas 
• Plásticos 
• Termoplásticos 
• Termoestables 
• Elásticos 
• Caucho 
• Cerámicos 
• Fibrosos 
• Celulósicos 
• Pétreos 
• Lubricantes 
• Solidos 
• Aceites 
• Grasas 

Según sus propiedades

• Maderas 
• Metales 
• Plásticos 
• Pétreos 
• Cerámicas y Vidrio 
• Textiles

      LA MADERA Y SUS DERIVADOS      

La madera es la materia prima más explotada por los humanos desde tiempos remotos gracias a sus propiedades y fácil consecución, obtenida de los troncos de diferentes especies de árboles, y sus aplicaciones principales son la construcción, decoración de interiores, fabricación de mobiliario y enseres, embalajes, etc.

Elementos componentes de la MADERA

Los componentes principales de la madera son la celulosa que constituye alrededor de la mitad del material total, la lignina que proporciona dureza y protección y la hemicelulosa cuya función es actuar como unión de las fibras. Contiene también sustancias como almidones, resinas, ceras, grasas, taninos, colorantes, azúcares  y otras sustancias que son aprovechadas industrialmente.

Estructura del tronco de un árbol

Realizando un corte transversal al tronco de un árbol encontramos los siguientes elementos:

• La corteza es la capa exterior del tronco, que protege a la planta de las agresiones externas.
• El cámbium es una capa fina y transparente que sigue a la albura.
• La albura o zona blanca, también conocida como leño, es la madera de más reciente formación. Se utiliza para realizar trabajos de escasas exigencias mecánicas y estéticas.
• En el duramen o corazón, la madera es seca, dura, consistente y de color más oscuro. Es la parte que sostiene a la planta y la más apropiada para la obtención y uso de la madera.
• La médula es la zona central del tronco, que posee escasa resistencia, por lo que, generalmente, no se utiliza.

Propiedades de la Madera
La madera posee una gran variedad de propiedades que la hacen única y uno de las materiales de mayor uso, estas se agrupan en dos bloques Propiedades Físicas y Propiedades Ecológicas.

Propiedades Físicas de la Madera
Propiedad	Característica
Dureza	La madrera presenta resistencia a la penetración de objetos como tornillos, clavos...o a ser rayada.
Densidad	La madera es menos densa que el agua, por lo que flota. En la mayoría de las maderas la densidad oscila entre 0.3 g/cm3 y 0.9 g/cm3.
Aislante Eléctrico	La madera seca es un excelente aislante eléctrico.
Aislante Térmico	Es un buen aislante térmico (Frió o Calor), sin embargo arde con facilidad.
Conductor Acústico	Buen transmisor del sonido, Por ejemplo a 0°C de temperatura, el sonido viaja a una velocidad de 334m/s y por la madera de roble a 3850 m/s.
Porosidad	La madera es un material capaz de adsorber o desprender líquidos y gases, ya que posee huecos o poros.
Higroscopicidad	Es la capacidad de la madera de adsorber o exhalar la humedad, según el medio en el que se encuentre. Los cambios de humedad afectan la madera: se hincha cuando la humedad aumenta y se contrae cuando disminuye. esto hace que la madera pueda deformarse.
Resistencia Mecánica	Buena resistencia mécanica a los esfuerzos de tracción, compresión y flexión.
Tenacidad	La madera opone resistencia a romperse cuando es golpeada.
Hendibilidad	Es la facilidad que posee la madera de romperse en el sentido de la fibras o vetas.
Color y Avetado	Presenta cualidades estéticas (gran variedad de colores y vetas) que influyen en la elección de trabajos o decoración.

Propiedades Ecológicas de la Madera

La madera es una materia prima renovable, pero la rápida deforestación realizada por la tala indiscriminada está causando un grave desequilibrio en los ecosistemas, dado que los bosques tardan mucho en regenerarse.
La madera es biodegradable pues se descompone de forma natural con el paso del tiempo en sustancias más simples y no contaminantes.
La madera se puede reciclar y con ella elaborar diferentes productos como tableros prefabricados (aglomerados, de fibras y táblex), papel y cartón entre otros.

Obtención de la Madera
Desde el momento en que cortamos un árbol hasta la utilización de la madera como material (para ser usado en beneficio del hombre) existen una serie de etapas.

Tala: Corte de los arboles, se realiza de forma manual o con la ayuda de maquinaria especializada.

Poda: Procedimiento mediante el cual son suprimidas todas las ramas de árbol con la finalidad de limpiar el tronco, del cual se extraerán los diferentes productos que de derivan de él.

Transporte: Con la ayuda de estructuras y mediante el uso de poleas y cables los troncos podados son llevados a lugares donde se trasportan de forma terrestre o fluvial hasta los aserraderos.

Descortezado: Retirar la corteza del tronco elimina no solo un material que no se usa, sino impurezas que pueden afectar los posteriores procesos que se aplican a la madera para uso.