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TRABAJO COLABORATIVO 1

256599A_288 MATERIALES INDUSTRIALES

Yimy Alexander Parra Marulanda

Código 7254934

Tutor:

Diego Alejandro Alarcón

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería ECBTI

Programa de Ingeniería Industrial

Puerto Boyacá, Marzo 2016

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Introducción

El desarrollo de la actividad, esta estructurada sobre la guia del trabajo colaborativo 1,

donde se aoborda el conocimiento expuesto en la unidad uno de materiales industriales, el

trabajo esta comprendido en unas actividades de carácter individual y grupal.

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Objetivos

Que el estudiante conozca los diversos tipos de materiales, sus clasificaciones,

definiciones, características, propiedades mecánicas, relaciones y aplicaciones.Trabajo

individual:

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1. Realizar tres mentefactos conceptuales: realizar uno de cada tipo de material teniendo en cuenta los tres principales grupos de materiales según sus propiedades.

Mentefacto según su origen.

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2. En la siguiente tabla, determinar a qué grupo de materiales de los especificados en la teoría (metálicos, poliméricos, cerámicos y compuestos) pertenece el material que más constituye a los siguientes utensilios

UTENSILIO GRUPO DE MATERIAL AL CUAL QUE PERTENECE

ENLACE QUÍMICO PREDOMINANTE DE LA ESTRUCTURA BASE

PROPIEDAD FÍSICA O QUÍMICA MAS IMPORTANTE POR LA CUAL SE DESTACA

LADRILLO Cerámico Iónico y covalente Resistencia a las altas temperaturas, choques térmicos, alta dureza y aislamiento eléctrico y térmico.

PAPEL Materiales sintéticosFibra de celulosa

Enlaces por puentes de hidrogeno

Resistencia al doblado, absorbencia del papel a los fluidos

LANA Natural, fibra, proteína llamada queratina

Cadenas moleculares flexibles unidas por enlaces cruzados, enlaces de cistina

Buena elastididad, absorbe la humedad de la atmosfera.

CEDA Fibra Natural, De origen animal,

Union de aminoácidos, glicina, alanina y serina, el entrelazamiento de las cadenas de hidrogeno.

Fibra natural más fuerte

PANTALLA DE CELULAR

Artifical estaño y el oxigeno o potacio.

BATA DE LABORATORIO

Artificial

GAFAS DE SEGURIDAD

Artificial

LLANTAS ArtificialCONCRETO ArtificialBLOQUE DEL MOTOR

Minerla

BILLARE DE AUTOMÓVIL

Artificial

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BOTELLA DE EMBALAJE DE ACEITE

Artificial

MESA DE NOCHE NaturalCAPO DEL AUTOMÓVIL

Artificial

Clasificación de los materiales basados en su estructura.

Materiales según su origen

Descripción Aplicación en la ingeniería industrial

Proceso de transformación

Materiales cristalinos

Los cuales los átomos que lo conforman se encuentran agrupados u ordenados en forma periódica, ejemplo de estos son los metales y los cerámicos.

En la industria los máteles tienen diversas aplicaciones como lo es el caso del aluminio, que en la actualidad es usado en casi todos los elementos que usamos a diario.

Son los metales explotados mediante diversas técnicas como minas subterráneas o a cielo abierto, material procesado y fundido en horno para lograr separar los elementos y obtener uno en específico.

Materiales amorfos

Estos son materiales que no tienen un arreglo de sus átomos en forma regular o periódica, uno de estos materiales es el vidrio.

Los vidrios tienen diversas aplicaciones, desde la construcción, envases o adornos, además de utilizaciones medicas como los lentes para las gafas.

Arena de sílice en 75 % caliza y sosa, mezclados, introducidos en el horno a 1500 grados, donde es fundido, y puesto a flotar sobre otro metal más denso.

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Clasificación de los materiales según sus propiedades

Materiales según su origen

Descripción Subdivisiones Aplicación en la ingeniería industrial

Proceso de transformación

Metales y aleaciones

Aquellos cuya estructura está basada en metales, como el hierro, el cobre, el cinc, el aluminio, el plomo, el estaño y otros. Las aleaciones son compuestos que poseen en su estructura al menos uno en forma metálica; son mezclas de metales. Se caracteriza por poseer un enlace metálico que influye en muchas de sus propiedades como la elevada conductividad térmica y eléctrica, considerable resistencia mecánica, elevada maleabilidad, además de ser reutilizados al fundirlos

Metales ferros, estos son los cuales tienen como base el hierro, son diferentes metales como los aceros, las fundiciones de hierro colado o fundición gris.

En la construcción, o fabricación de diferentes elementos utilizados a diario, como lo son los vehículos, las vigas que soportan las edificaciones, tornillos tuercas entre otros elementos mecánicos.

Estos metales son obtenidos mediante la explotación minera, pasan por diferentes procesos de explotación, trasporte y separación mediante molienda enter otras actividades, son sometidos altas temperaturas para llevar a su punto de fusión en donde son procesados puros o mezclados con otros en unos porcentaje determinados para obtener productos aliados, como el bronce no ferroso y el acero ferroso.

Metales no ferrosos, estos son los que no contienen hierro como aporte o base, también se pueden encontrar aleaciones como el bronce el cual es la mezcla del cobre y estaño

Estos metales tienen diversas aplicaciones en la fabricación de elementos, los cuales pueden ser utilizados a la intemperie los cuales son resistentes a la corrección, además de una excelente conductividad.

Cerámicos Materiales inorgánicos, con una temperatura de

Cerámicos tradicionales, composición

alfarería y artículos de mesa, ladrillos y

La fusión del cuarzo y la arena, a muy altas

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fusión muy elevada, son duros y frágiles, con baja tenacidad, utilizados en diversas aplicaciones en el sector de la industria.

básica es arcilla, sílice y feldespato

tejas temperaturas, para la fabricación de estos materiales.Cerámicos de

ingeniería, pertenecen un sin número de materiales sintéticos denominados cerámicos modernos, dentro de los cuales se encuentran los óxidos metálicos, como la alúmina, los carburos; apreciados por su dureza y resistencia al desgaste

Elementos utilizados en el proceso de mecanizado de metales para la fabricación de los diferentes componentes de máquinas.

Vidrios, materiales amorfos debido a su rápido enfriamiento luego del proceso de fusión.

Utilizados en diferentes procesos, como la construcción, el envase de alimentos, medicina entre otras actividades.

Polímeros plásticos

Poseen estructuras en forma de cadenas enlazadas covalentemente, las cadenas principales por lo general son de carbono. Como propiedades están la alta resistencia a la corrosión, algunos son traslucidos y transparentes lo cual los hace competitivos con el

Termoplásticos materiales que soportan múltiples calentamientos y enfriamientos.

Los plásticos tienen diferentes usos, en la actualidad, sirven para empacar alimentos, proteger productos, fabricar sueles y otras cientos de aplicaciones, que las usamos diariamente.

Este material es producido a partir del crudo, es separado por moléculas para poder unir y formar macro moléculas.Termoestables

materiales que no son reciclables debido al tipo de cadena transversal que poseen.

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vidrio, poseen muy bajo costo, también encontramos los polímeros inorgánicos, los cuales tienen como base el silicio.

Elastómeros Tienen como propiedad distintiva su alta elasticidad.

Compuestos Surgen de la necesidad de combinar las propiedades de los grupos de materiales con el fin de obtener uno, con las mejores propiedades de cada grupo. Generalmente están formados por una matriz reforzada por partículas o fibras que pueden ser metal, cerámicas o poliméricas.

Aplicaciones de este tipo de combinaciones están en el campo deportivo: bicicletas, raquetas; transporte: cascos de barco, automóviles; herramientas de corte: cermets

Estos elementos, son obtenidos, de la mezcla de los diferentes materiales, buscando obtener as mejores características de cada material y obtener un materia específico para un a aplicación determinada.

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3. Hacer un ensayo de diez presentaciones de los elementos didácticos para el aprendizaje:

De las 21 presentaciones seleccionen 10 y haga un ensayo de cada una. En el contenido del curso existe un enlace titulado Para seguir aprendiendo (medios didácticos), donde encontrara estas presentaciones del curso. Este resumen y análisis personal de las presentaciones se debe hacer en Word, letra arial 12.

4. Elaborar la configuración electrónica de 5 elementos de la tabla periódica.

Seleccione el elemento de la tabla periódica, Realice la tabla para orden de energía de los orbitales y realice La notación para este elemento siguiendo las diagonales.

Los elementos seleccionados son:

Plata Ag 47

Cinc Zn 30

Hierro Fe 26

Titanio 22

Germanio 32

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Plata Ag 47 =

1 s22 s22 p6 3 s23 p6 4 s2 3d10 4 p65 s1 4 d10

s 2 p 6 d 10 f 14

n = 1 1s

n = 2 2s 2p

n = 33s

3p 3d

n = 4 4s 4p 4d 4f

n = 5 5s 5p 5d 5fn = 6 6s 6p 6dn = 7 7s 7p

Cinc Zn 30 =

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1 s22 s22 p6 3 s23 p6 4 s2 3d10

s 2 p 6 d 10 f 14

n = 1 1s

n = 2 2s 2p

n = 33s 3p

3d

n = 4 4s 4p 4d 4f

n = 5 5s 5p 5d 5fn = 6 6s 6p 6dn = 7 7s 7p

Hierro Fe 26 =

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1 s22 s22 p6 3 s23 p6 3d6 4 s2

s 2 p 6 d 10 f 14

n = 1 1s

n = 2 2s 2p

n = 33s

3p3d

n = 4 4s 4p 4d 4f

n = 5 5s 5p 5d 5fn = 6 6s 6p 6d

Titanio Ti 22 =

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1 s22 s22 p6 3 s23 p6 3d24 s2

s 2 p 6 d 10 f 14

n = 1 1s

n = 2 2s 2p

n = 33s

3p3d

n = 4 4s 4p 4d 4f

n = 5 5s 5p 5d 5fn = 6 6s 6p 6d

Germanio Ge 32 =

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1 s22 s22 p6 3 s23 p6 4 s2 3d10 4 p2

s 2 p 6 d 10 f 14

n = 1 1s

n = 2 2s 2p

n = 33s 3p

3d

n = 4 4s 4p 4d 4f

n = 5 5s 5p 5d 5fn = 6 6s 6p 6d

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5 Muestre en una tabla 10 materiales industriales con sus propiedades mecánicas y justificación.

Seleccione 10 tipos de materiales que considere se aplican o procesan en la industria, muestre sus propiedades mecánicas y físicas, justifique el porqué de sus propiedades.

Material Aplicación Propiedades mecánicas y físicas Justificación

Acero Aceros de construcción mecánica usados para construir piezas mecánicas que forman parte de máquinas y equipos industriales, aceros inoxidables,Aceros para herramientas, aceros estructurales, entre otros.

Sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o máselementos metálicos (aleaciones)Los átomos están dispuestos de manera ordenadaBuenos conductores eléctricos y térmicosResistentes y dúctiles a temperatura ambiente (pueden serconformados con facilidad)Son opacos a la luz visibleLa superficie pulida tiene apariencia lustrosaEjemplo de algunos Acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, níquel, etc,Densidad 7850 Kg/m3, punto de fusión 1510 grados centígrados, muy tenas y dúctil, maleable, resistente a la deformación elástica,

Es uno de los materiales más usados por el hombre, por su amplia características de ductilidad, dureza y facilidad para formarlo, se puede encontrar en diferentes uso y elementos del diario vivir.

Materiales compuestos

Con los compuestos se fabrican materiales ligeros,resistentes, dúctiles, con resistencia a las altasTemperaturas que no pueden obtenerse de otro modo. Para ingeniería, los materiales compuestos más importantes son:- Plásticos reforzados con fibras

Constan de dos o más materiales físicamente distintos y separables mecánicamente. Pueden fabricarse mezclando los distintos materialesde tal forma que la dispersión de un material en el otro pueda hacerse de manera controladaLas propiedades son superiores, y posiblemente únicas en algún aspecto específico, a las propiedades de los componentes por separado.Punto de fusión 1900 grados centígrados

Mejoraron el proceso de fabricación de componentes mecánicos con su aparición, mejorando, y diversas aplicaciones en campos de fabricación de vehículos, aerotransporté, y construcción

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- Hormigón- Asfalto- Madera- Materiales compuestos de matriz metálica y matrizcerámica

Cerámicos Usados en aviones, proyectiles y vehículos espaciales pesan sólo el40% de lo que pesarían los componentes metálicos.Productos ladrillos para la construcción tuberías de desagüe tejas de drenaje tejas de cubiertas y losetas para pisos Los refractarios se utilizan en las industrias metalúrgicas, químicas, cerámicas y del vidrio, y en procesos de mecanizados de componentes mecánicos ,

Los cerámicos son materiales inorgánicos, no metálicos, constituidos por metales y no metales, enlazados por uniónPreferencialmente única y otra parte por unión covalente. Pueden ser compuestos sencillos o complejos. Histéricamente, los cerámicos son los materiales más antiguos de la naturaleza, pues fueron los primeros que el hombre comenzó a usar. Gracias a la tecnología moderna, avances en varios campos de la ingeniería, les ha permitido un desarrollado importante, sobre todo en la industria aeroespacial y en la electrónica Las propiedades de los cerámicos varían de acuerdo al porcentaje de enlace covalente presente, pero en general son duros yFrágiles, de baja tenacidad y baja ductilidad. Son buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a que no poseen electronesConductores. Sus fuertes enlaces hacen que sus temperaturas de fusión sean altas, por esta razón son indispensables paraMuchos de los diseños de ingeniería.

Mejoran las condiciones del uso del acero, reduciendo el peso de los equipos, aumentando la resistencia a las altas temperaturas.

Vidrio Uno de los usos del vidrio es en el uso en la construcción como ventanales, botella, automóvil, además del uso en medicina como gafas,

Densidad 2500 kg/m3,Dureza 470 HKResistencia a la comprensión 800 - 1000 MPaMódulo de elasticidad 70 000 MPaResistencia a la flexión 45 MPaTensión entre 3000 y 5500 N/cm2,

Abundancia del material base para su fabricación, resistente a la corrosión,

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además de empaque de alimentos.

Flexión es casi de 40 Mpa (N/mm2)Calor especifico, En los vidrios el calor específico es de 0,150 cal/g °C aproximadamente.La conductividad térmica del vidrio es de aproximadamente 0,002 cal/cm seg. °C.La resistividad eléctrica superficial, 108 veces más alta que en el cobre, la constante dieléctrica están relacionadas de manera inversamente proporcional, siendo que mientras más transparente sea el vidrio, mayor será su capacidad para almacenar energía.

Hormigón Usado en las construcciones de vivienda, fabricación de puentes, y grandes construcciones, su aplicación está en el campo de la construcción de edificaciones.

Densidad, 2350 kg/m³Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm²Resistencia a tracción: proporcionalmente baja, Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior.Tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros.De 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima; en una semana 3/4 partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total de cálculo.Dado que el hormigón se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatación térmico, resulta muy útil su uso simultáneo en obras de construcción; además, el hormigón protege al acero de la oxidación al recubrirlo

Abundante material para su fabricación, se puede reforzar con diferentes materiales, practico para construcción de estructuras.

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6 Resolver los siguientes problemas propuestos

6.1) Una probeta cilíndrica de latón de 10 mm de diámetro y 120 mm de longitud inicial se somete a un ensayo de tracción. Calcular:

1. La longitud de la probeta cuando es sometida a una carga de 15000 N.

2. La longitud final de la probeta después de retirar la carga anterior.

3. La longitud de la probeta cuando la carga aplicada es de 25000 N y, después de retirada, la deformación es de 2,3·10⁻².

6.2) La hoja de aluminio utilizada para guardar alimentos pesa aproximadamente 0.35 gr por pulgada cuadrada.

¿Cuántos átomos de aluminio están contenidos en esta muestra de hoja?

Masa atómica del Aluminio → 26.9815 g/mol

1molde aluminio→Peso26,9815gramos /mol

x→Peso0,35gramos

x 0,35gramos26,9815gramos /mol

=0,0129718molde aluminio

0,0129718molde aluminio x 6,023 x1023

7,8129 Atomosde aluminio x1021

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6.3) El jefe de producción de una planta industrial requiere recubrir una pieza de acero que tiene una superficie de 350 pulgadas cuadradas con una capa de níquel de 0.0050 pulgadas de espesor, para tal fin se necesita conocer:

a) ¿Cuántos átomos de níquel se requieren?

Densidad=Masa xVolumen=8,9g /cm3

Densidad del niquel=8,9g /cm3

Volumen=Superficie xespesor

Volumen=350inc2 x0,0050 inc=1,75inc3de niquel

1,75 inc3deniquel x¿

1,75 inc3deniquel x16,3870 cm3 / inc❑3

Volumen=28,677 cm3

b) ¿Cuántos moles de níquel se requieren?

Molesde niquel= 28,677 cm3

6,59cm3/mol=4,35mol

4,3516mol x6,02 x 1023=26,19 x1023 atomo /mol

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CONCLUSIONES

En la actualidad el estudio de los materiales industriales busca optimizar todos sus procesos, el conocimiento del hombre que adquiere al estudiar los elementos mejora las condiciones de aplicabilidad a los procesos en los cuales los utilizan.

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