Materiales no FérreosMade by Daniel Martínez Albaladejo

Índice1. Metales y aleaciones no férricas ● Res. Específica● Materiales:

○ Cu, Al, Mg, Ti 2. Mat. Cerámicos● No cristalinos● Diagramas y conformación● Técnicas de conformado● Tratamientos térmicos y

rotura

3. Polímeros ● Clasificación● Grado de polimerización● Conformación y técnicas

de conformado● Polímeros termoestables4. Termoplásticos5. Elastómeros6. Residuos● RSU

○ Tratamiento● TRP

○ Tratamiento○ Recuperación

1. Metales y aleaciones no férricas

● No tienen como base el Fe● Como sus aplicaciones están definidas por

la ligereza y la resistencia

Resistencia Resistencia a la roturamecánica = ____________________específica Densidad

Cobre (Cu)

● Sin alear: Blando, dúctil, difícil de mecanizar y fácil de trabajar en frío

● Aleado: mejora de la resistencia mecánica y a la corrosión. Puede mejorarse mediante acritud y formación de disoluciones sólidas.○ Latón(Cu+Zn)○ Bronces(Cu+Sn[+Al +/Si +/Ni]): Más resistentes que

los latones a la corrosión y la tracción■ Cojinetes y engranajes con Pb o Si para mejorar

la lubricación○ Si Impurezas<1% Electrónica (conductividad y

maleabilidad) con Ag o Si para mejorar la dureza. Si añadimos Pb(P) mejora la maquinabilidad.

Aluminio (Al)

● Al y aleaciones :○ Baja densidad( 2,7 g/cm3), elevada conductividad

eléctrica y térmica y resistentes a la corrosión, antideflagrantes(aleaciones+2%Be) y dúctiles

● Al->Pto de fusión(657ºC)->Pocas aplicaciones○ envases y contenedores

● +R. Mecánica(acritud y aleación) = -R. a la corrosión ● Aleaciones:

○ (Cu/Mg/Si/Zn)->+R. Específica y no tóxicos■ Aviación, envases, carrocerías, culatas,

pistones...○ metales de baja densidad (Mg/Ti...)

+R. Específica y -densidad■ Medios de transporte

Magnesio (Mg)

● Baja densidad(1,74g/cm3)● Difícil de deformar a temperatura ambiente, por lo tanto el

conformado se lleva a cabo entre los 200 y 350ºC● Químicamente inestables (susceptibles de corrosión

marina pero relativamente resistentes a la corrosión atmosférica

● Más caro que el Al(Inflamable al contacto con el aire, en estado líquido, por lo que se le aplica una capa protectora de fundentes)

● Aguanta la fatiga peor que el Al● Aleaciones (Al/Zn/Mn):

○ forjables○ Moldeables○ Aviones, armamento, ruedas...

Titanio (Ti)

● Baja densidad (4,5 g/cm3) y pto de fusión elevado (1668ºC)

● Reacciona mucho con otros materiales a altas temperaturas (técnicas de moldeo y afino)

● Aleaciones:○ Muy dúctiles y resistentes, y fáciles de forjar○ elevada resistencia a la corrosión por agentes marinos,

atmosféricos y productos industriales○ Fabricación de aviones, vehículos espaciales, indústrias

químicas

2. Materiales cerámicos

● Duros, frágiles, alto punto de fusión, baja conductividad térmica y eléctrica, estabilidad térmica y química, resistentes a la compresión

● Tradicionales: arcilla, sílice y feldespato

● Utilizados en ingeniería(compuestos muy puros):○ Alúmina(Al2O3)○ Carburo de silicio (SiC)○ Nitruro de silicio(Si3N4)

Materiales cerámicos no cristalinos

● Vidrios○ Se enfrían sin cristalizar○ Vidrios de silicato (Si(l) + Óxidos intermediarios[Pb/Al] o

Modificadores[ CaO/Na2O]):■ Los modificadores se utilizan para reducir la viscosidad, o

bajar el pto de fusión.○ Vidrios modificados de silicato:

■ Los modificadores rompen la red de Si cuando la relación O-Si se incrementa significativamente, cambiando la estructura molecular del resultado

○ Vidrios no silicatados:■ Producidos a partir del BeF2 , GeO2 , fosfato de Al o de B

Diagramas de fases y conformación

● Diagramas de fases:○ Soluciones sólidas , capas de miscibilidad y reacciones

de tres fases○ Regla de las fases y de la palanca

● Conformación:○ 3 etapas:

■ Preparación del material● Materias primas en función de los requisitos● Aglomeración (menos vidrios y hormigones)● Se pueden añadir otros constituyentes

■ Moldeado o fundido(conformado)■ Tratamiento térmico por secado u horneado

Técnicas de conformado I

● Prensado en seco(productos refractarios y componentes electrónicos)○ Se compactan el polvo de las materias primas con agua

o pegamentos orgánicos, después se calientan(sinterizado)

● Compactación Isostática(aislantes, crisoles, herramientas de carbono)○ Se compactan desde todas las direcciones y

posteriormente se calientan● Compresión en caliente(alta densidad y propiedades

mecánicas optimizadas)○ Presiones unidireccionales+isostáticas+tratamientos

térmicos

Técnicas de conformado II

● Moldeo en barbotina:○ Preparación de la barbotina(material cerámico en polvo +

[arcilla +agua])○ Moldeo en molde poroso para que el material se adhiera

a la pared○ Retirar el exceso de barbotina o dejar el molde lleno○ Dejar secar dentro del molde y desmoldar○ Sinterizado

● Extrusión(ladrillos, tejas, aislantes eléctricos)○ En estado plástico, extrusionar a través de un troquel de

embutir

Tratamientos térmicos y rotura

● Tratamientos térmicos: ○ Secado y eliminación del aglutinante

■ El agua se elimina a 100ºC y los aglutinantes de 200 a 300ºC

○ Sinterización(Producto poroso a compacto)■ Se aplican al producto en polvo altas presiones y altas

temperaturas sin llegar al pto de fusión○ Vitrificación(porcelanas)

■ Mientras se trata a altas temperaturas se añade una fase vítrea

● Rotura: ○ Las cerámicas suelen ser poco tenaces y presentan el

fenómeno de fractura frágilTensión Max(sin grieta)=2·tensión(con grieta)· (ancho/radio)1/2

Polímeros

● Moléculas gigantes de monómeros(Cuanto más grandes, más resistente y rígido y mayor punto de fusión)

● Ligeros, resistentes a la corrosión, aislantes eléctricos

● Poca resistencia mecánica y no son adecuados para usarlos a altas temperaturas

Clasificación

● En función del mecanismo de reacción de polimerización:○ Por adición(uniendo moléculas simples con enlaces

covalentes)○ Por condensación(mediante reacción química que

produce un producto colateral[agua])● En función de la estructura:

○ En cadena(largas cadenas de monómeros formadas por adición o condensación)

○ En red(estructuras reticulares tridimensionales formadas con enlaces cruzados mediante adición o condensación)

● En función del comportamiento frente al calor:○ Termoplásticos, Elastómeros o Termoestables

Grado de polimerización

● Describe la longitud de promedio a la que crece una cadena

● Si solo hay un monómero:● Si hay más de uno se calcula la masa

molecular promedia:

● Si se forman por condensación:

Grado Masa mol polde =____________polimerización Masa mol mon

M=∑fr mol de mon · M mol

M=∑(fr mol de mon · M mol)- Masa producto secundario

Conformación y técnicas I

● Solo los polímeros termoplásticos se pueden volver a conformar

● Técnicas de conformado de polímeros termoplásticos○ Extrusión(formas sólidas, películas, hojas,

recubrimientos) Se fuerza a pasar el termoplástico caliente por una boquilla

○ Por Soplado(formas huecas) Se introduce en un molde y mediante gas a presión se consigue la forma

○ Por inyección: Se funde y hace entrar a presión en un molde mediante un émbolo o tornillo sin fin

○ Al vacío:Se colocan láminas sobre un molde con mecanismo de vacío, que aplasta la lámina contra el molde, cogiendo esta la forma

Técnicas de conformado II

● Hilado: Se fuerza a pasar el polímero por una boquilla con agujeros del tamaño deseado

● Por Compresión: Se coloca el material sólido en un molde caliente y se aplican altas presiones hasta que coge la forma del molde y se endurezca

● Calandrado(láminas PVC) Se utilizan rodillos para generar una capa fina de polímero

● Por Transferencia: Se calienta en un intercambiador y se inyecta en un molde

Termoplásticos I

● Polietileno,PE(Contenedores, aislantes electricos, materiales químicos, empaquetamientos...): Entre transparente y blanquecino, se pueden obtener derivados mediante colorantes○ LDPE(Baja densidad)○ HDPE(Alta densidad)○ Bajo coste de producción(Gran tenacidad a Tª ambiente

y baja, flexibilidad, res. a la corrosión, aislante)

Termoplásticos II

● Cloruro de polivinilo, PVC○ Segundo más empleado(Res. Química, gran cantidad de

derivados con diversas propiedades)○ Aditivos: plastificantes, estabilizadores de calor,

lubricantes, productos de relleno y pigmentos.○ Sin aditivos: Dificil de procesar y baja res. Al impacto.

Tuberías, ventanas,cables...○ Con aditivos plastificantes: mejora la elasticidad,

flexibilidad y extensibilidad. Revestimientos, paredes, zapatos, bolsas...

Termoplásticos III

● Polipropileno, PP(Productos manufacturados:para el hogar, botellas, bolsas...):○ Resistencia química y al calor, baja densidad, dureza

superficial y flexibilidad● Polimetilmetacrilato, PMMA, "Plexiglás" (Acristalar

aviones, embarcaciones, lunas, pantallas, gafas...):○ Duro, Rígido, transparente y resistente a los agentes

atmosféricos● Poliamidas, Náilones:(Coginetes, soportes, piezas de

alto impacto....)○ Soporte de carga a elevadas temperaturas, tenacidad,

baja fricción, resistencia química.

Termoplásticos IV

● Policarbonatos:(pantallas de seguridad, levas, engranajes, cascos, propulsores...)○ Transparente, alta resistencia, tenacidad y estabilidad

dimensional, aislantes térmicos● Poliésteres:(Bombas, válvulas, rotores, controles de

inyección, medidores de velocidad...)○ Baja absorción de humedad, aislantes y resistentes a

productos químicos.

Elastómeros

● Caucho natural: Se obtiene mediante el vulcanizado del látex○ Resistencia a la tracción baja y alta elongación

● Neopreno, Caucho sintético: (Cables, alambres, mangueras...)○ Mala flexibilidad a bajas temperaturas y resistente

frente a gasolinas y aceites● Cauchos de silicona, Silicon: (Selladores, juntas,

aislante eléctricos...)○ Pueden ser usados entre -100 y 250ºC

Polímeros termoestables I

● Fenólicos: (Interruptores, relés, tiradores, adhesivos, fundiciones...)○ Bajo coste y fácil de moldear, pero limitado al color

negro y marrón○ Aislante térmico y eléctrico, elevada dureza, rigidez

y resistencia química● Resinas epoxi: (Lubricantes, recubrimientos protectores

y adhesivos...)○ Elevada movilidad(Bajo peso molecular), buena

capacidad de adhesión, resistencia química, mecánica y dieléctrica.

Polímeros termoestables II

● Poliésteres insaturados:(paneles de automóviles, prótesis, cascos, tuberías, tanques...)○ Baja viscosidad, susceptibles de ser reforzados y

rellenados hasta con un 80% de fibra de vidrio reforzada

Residuos

● Las concentraciones humanas producen toneladas de residuos que no pueden ser devueltos a la naturaleza, estos son los Residuos Sólidos Urbanos.

● Las actividades económicas producen otro tipo de residuos, cuyo tratamiento es más peligroso, pues producen daños al medio y la salud de las personas, son los Residuos Tóxicos y Peligrosos

RSU

● Clasificación: ○ Según el origen(Domésticos, Industriales

asimilables a urbanos, Restos de la construcción, Objetos de gran tamaño)

○ Según el tipo (Plásticos, Maderas, tejidos, Papel y cartón, Materia orgánica fermentable, tierra y cenizas, vidrio, Envases metálicos)

○ Según sus propiedades( Fermentables, inertes, inflamables, tóxicos, corrosivos)

Tratamiento de los RSU I

● Vertedero controlado: Se depositan en parcelas delimitadas por franjas de tierra, se compactan y cubren con tierra formando capas, ha de preverse un sistema de drenaje de lixiviados y chimeneas para los gases. Una vez lleno se cubre de tierra vegetal y se puede utilizar como espacio público.

● Incineración: Permite una mayor reducción del volumen de los residuos pero es caro mantenerla. Presenta el problema de la eliminación de los gases nocivos de la combustión.

● Compostaje: La materia orgánica se tritura y se coloca en un digestor. El resultado (compost) sirve de abono.

Tratamiento de los RSU II

● Producción de metano: Se aprovecha el metano generado en la descomposición para generar energía eléctrica o se envía a la red general.

● Reciclado de materiales: Se recuperan principalmente, el papel vidrio, aluminio, hierro y otros materiales no ferrosos.RSU reciclables: 25% papel, 5% vidrio, 1%Al, 8-10% plásticos(termoestables)

● Técnicas de separado y reciclado: En origen(distintos contenedores),en plantas recuperadoras(más caro), recogida selectiva (separarlo todo en casa antes de tirarlo)

RTP● Biocidas y productos

fitosanitarios(insecticidas, alguicidas, fungicidas, herbicidas...)

● Disolventes, (hidrocarburos, clcogoles, éteres, cetonas....)

● Sales de temple cianuradas

● Catalizadores, lodos, baterías, escorias y cenizas

● Aceites y sustancias aceitosas minerales(grasas, aceites para limpiar motores...)

● productos con PBV y PTC

● Tintes, colorantes, lacas y barnices

● Resinas, Partículas y polvos metálicos

● Explosivos● Jabones, sustancias

inorgánicas sin metales

Tratamiento de los RTP I

● Incineración: Destrucción térmica a altas temperaturas en un medio oxidante.

○ El calor se utiliza para generar energía.○ Residuos susceptibles de ser incinerados: cianuros

sólidos, sólidos y lodos orgánicos.○ Necesitan mecanismos de control para los gases, ya

que son altamente nocivos.■ Cámaras de postcombustión ■ Lavadores de gases

Tratamiento de los RTP II

● Tratamiento físico-químico: ○ Lechadas de cal residuales○ Baños alcalinos metálicos, con sales metálicas,

clorhídricos y sulfúricos gastados, cianurados y con cromatos

○ Producen gran cantidad de lodos que se almacenan en depósitos de seguridad.

○ Tratamientos alternativos■ Físicos(compuestos fijadores de metales,

extracción de geles reversibles...)■ Químicos(hidrólisis, decoloración u oxidación por

agua supercrítica

Tratamiento de los RTP III

● Depósitos de seguridad: Vertedero emplazado en terrenos geológicos destinados al almacenamiento de RTP con el fin de que no afecten ni al medio, ni a la salud de los seres vivos.○ Impermeabilizan los residuos durante extensos

períodos de tiempo○ Ha de tener un adecuado sistema de

imermeabilidad y drenaje

Recuperación de los RTP

● Ventajas:○ Pueden utilizarse como fuente de energía○ Pueden ser reutilizados, lo que conlleva un ahorro○ Protección del medio ambiente○ Se genera empleo

● Gestión de aceites usados(aceites industriales con base mineral y lubricantes)○ Hasta ahora se ha regenerado aprox un 40%, el resto se

ha vertido o quemado de forma no controlada○ El vertido incontrolado origina graves problemas de

contaminación○ Tratamiento:

■ Regeneración de aceites base■ Combustión