MATERIALES INDUSTRIALES

ACT. 6 TRABAJO COLABORATIVO 1

INTEGRANTES:

HENRY ALBERTO AGUIRRE

CÓDIGO 94480927

CARLOS AUGUSTO GRANOBLES

CODIGO: 94474076

GRUPO:

256599A_60

TUTOR:

WILLIAM ANDRES TARAZONA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD –

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA

INGENIERÍA INDUSTRIAL

CEAD PALMIRA

OCTUBRE/2012

Tabla de contenido INTRODUCCIÒN ............................................................................................... 3

OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 4

OBJETIVOS ESPECIFICOS .............................................................................. 4

1. Introducción a la unidad. Como trabajo personal (individual): ........................ 5

1.1 Realizar una síntesis del tema .................................................................. 5

1.2 De las dos primeras diapositivas ............................................................... 7

1.2.1 Elaborar un glosario con cada ............................................................ 7

1.2.2Describir y explicar cada uno de los pasos y/o procesos que se

observa en el mapa cognitivo ciclo de vida de los materiales ................... 10

1.2.3Describir y explicar cada uno de los pasos y/o procesos que se

observa en la diapositiva No 2 .................................................................. 10

1.2.4Elaborar un mapa conceptual ........................................................... 11

1.2.5Construir un diagrama radial ............................................................. 13

2. Clasificaciones de los materiales ................................................................. 14

2.1 Explique los efectos ambientales ............................................................ 14

2.2 Identificar los distintos materiales ........................................................... 15

2.3 Se necesitan separar físicamente distintos materiales ........................... 15

3. Estructura atómica y electrónica de los materiales. ..................................... 16

3.1 Discutir y describir en el grupo la diferencia que se tiene entre .............. 16

3.2 Por intermedio de una discusión argumentativa del grupo ..................... 17

3.2.1 La hoja de aluminio utilizada para guardar alimentos ...................... 17

3.2.2 El jefe de producción de una planta de galvanoplastia .................... 18

3.2.3Suponga que un elemento tiene una valencia de 2 .......................... 18

4. ENLACES QUÍMICOS.................................................................................. 20

4.1 En el módulo de descarga unidad ........................................................... 20

5. Estructura y las propiedades de los materiales. ........................................... 21

5.1 Sustentar, mostrar como los arreglos atómicos ...................................... 21

5.2 El comportamiento mecánico de los materiales ...................................... 23

CONCLUSIONES ............................................................................................. 25

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................. 26

2. Clasificaciones de los materiales. (se anexa cuadro)

2.1 Explique los efectos ambientales sobre el comportamiento de los materiales, utilizando la estrategia de aprendizaje Preguntas Literales (Ver en la caja de herramientas para el aprendizaje la estrategia de aprendizaje mencionada).

La influencia del medio circundante al que está expuesto el material durante su uso.

Temperatura Humedad Corrosión Radiación Carga

Temperatura.

Los cambios en la temperatura pueden causar alteraciones considerables de las propiedades de los materiales, debidos principalmente a:

• Reblandecimiento (La resistencia de la mayoría de los metales disminuye conforme la temperatura aumenta) • Degradación (Las temperaturas altas también pueden modificar la estructura de las sustancias cerámicas o provocar que los polímeros se derritan o carbonicen • Transformaciones de fases• Fragilización (Las temperaturas muy bajas pueden causar que el metal falle por fragilidad aún cuando la carga aplicada sea baja)

Corrosión.

Los metales son atacados por diversos líquidos corrosivos siendo degradados uniforme o selectivamente.

Pueden desarrollar grietas o picaduras que conducen a falla prematura. Las sustancias cerámicas son atacadas por cerámicos en estado líquido. Los polímeros pueden ser disueltos por sustancias disolventes.

Radiación.

La radiación nuclear puede afectar la estructura interna de todos los materiales.

Puede ocasionar pérdida de resistencia, fragilidad o alteración crítica de las propiedades físicas.

La dilatación, producida por cavidades y burbujas de origen radiactivo, pueden causar cambios en las dimensiones externas y aun agrietamiento.

¿Qué efectos produce La radiación en los materiales estructurales y no estructurales?

En Materiales Estructurales:- Cambios dimensionales- Cambios de las propiedades mecánicas- Cambios de composición a nivel local

En Materiales no Estructurales:- Cambios en propiedades físicas

Carga.

El tipo de fuerza, o carga, que actúa en el material puede cambiar radicalmente su comportamiento.

Se debe diseñar los componentes de forma tal que la carga en el material no sea suficiente para causar su deformación permanente

El esfuerzo a la fluencia (limite elástico) es la propiedad más crítica y suele ser una de las propiedades más importantes para el diseño.

Un material con alto esfuerzo de fluencia puede fallar fácilmente si la carga es cíclica (fatiga) o se aplica súbitamente (impacto).

2.2 Identificar los distintos materiales sin tener que recurrir al análisis químico o a largos procedimientos de pruebas. Describa algunas técnicas posibles de prueba y de clasificación que se pudieran utilizar con base a las propiedades físicas de los materiales.

Chispa.

Se esmerila un pedazo de metal de hierro y se observa la chispa la cual se compara en una tabla de muestra con el fin de clasificarla entre los diferentes tipos de metales y llegar a ordenarlos todo bajo un procedimiento estándar a seguir. Este método ha evolucionado para convertirse cada vez más confiable y apartar las variables o factores humanos que puedan alterar los resultados como son el método de aire comprimido donde se aplica un fluido de aire constante a el material en prueba previamente calentado al rojo vivo para emitir una chispa constante en todos los casos la chispa varía según su color y composición dependiendo de las aleaciones presentes en el material a prueba.

Principio de Arquímedes

Es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza[] recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newton (en el SI). El principio de Arquímedes se formula así:

Donde E es el empuje, ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa, de este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condiciones normales[] y descritas de modo simplificado[]) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.

2.3 Se necesitan separar físicamente distintos materiales en una planta de reciclaje de chatarra. Describa algunos métodos posibles que pudieran utilizarse para separar materiales como polímeros aleaciones de aluminios y aceros.

Medios densos.

Aprovechando la densidad de los diferentes materiales se pasa el material por un tanque de fluido el cual tiene una densidad controlada en la cual los materiales se convierten en flotantes que son los de menor densidad al fluido y los hundidos que son los de mayor densidad. Los más densos serán los primeros en caer (precipitar). De esta forma, el orden de salida sería: aceros (mayor densidad), aluminio y polímeros (menor densidad)

Separación magnética.

Es el más conocido y común de los métodos de separación de chatarra puesto que los materiales ferrosos tienen un magnetismo el cual es aprovechado por grandes imanes para su separación resto ya que éste contiene Fe en su composición y, en muchos casos, le proporciona propiedades magnéticas.

Vía electrolítica.Poniendo los materiales desechos en una disolución con dos electrolitos, podremos separar los materiales de Al de los polímeros ya que el aluminio queda adherido a los electrolitos debido a sus propiedades eléctricas, mientras que los polímeros quedarían en la disolución (materiales aislantes)

Por Calentamiento.Algunos de los materiales termoplásticos pueden ser separados aplicando calor para separar los polímeros termoplásticos de la escoria restante ya que estos tienen una buena resistencia al calor.

3. Estructura atómica y electrónica de los materiales. 3.1 Discutir y describir en el grupo la diferencia que se tiene entre a) la Estructura atómica y electrónica de los materiales, b) la masa atómica y el número atómico, c) el número de avogrado y el número cuántico y plasme los resultados en la estrategia de aprendizaje denominada en cuadros comparativos. (Ver en la caja de herramientas para el aprendizaje la estrategia de aprendizaje mencionada).

3.2 Por intermedio de una discusión argumentativa del grupo, de soluciones con explicaciones del porqué de las siguientes situaciones (siempre utilizando la metodología gunawardena):

3.2.1 La hoja de aluminio utilizada para guardar alimentos pesa aproximadamente 0.3 gr por pulgada cuadrada. ¿Cuántos átomos de aluminio están contenidos en esta muestra de hoja?

1 Mol de Al Peso 28.98 gramos

X de Al Peso 0.3 gr

X= 0.326.98

= 0.011119347 moles de Al

0.011119347molde Al∗6.02∗1023=6.693847294∗1021atmde Al

3.2.2 El jefe de producción de una planta de galvanoplastia requiere costear a todo costo el proceso de recubrir una pieza de acero que tiene una superficie de 200 pulgadas cuadradas con un capa de níquel de 0.002 pulgadas de espesor, para tal fin se necesita conocer: a) ¿Cuántos átomos de níquel se requieren?

b) ¿Cuántos moles de níquel se requieren?

Volumen de la capa de níquel requerida

V = superficie x espesor

V = 200 pul2 * 0.002 pul = 0.4 pul3

Volumen atómico

6.6 cm3/ mol = 0.4 pul3

1 pul = 2.54 cm

0.4 pul3 * (2.54 cm3/ pul¿¿3= 6.55cm3

Molesde∋¿ 6.55cm3

6.6cm3/mol=0.992mol

Átomos de Ni

0.992 mol * 6.02 * 1023= 5.971 * 1023 átomos de Ni

3.2.3Suponga que un elemento tiene una valencia de 2 y un número atómico de 27. Con base únicamente en los números cuánticos, ¿Cuántos electrones deben estar presentes en el nivel de energía 3d?

La valencia de un elemento está determinada por el número de electrones que tiene un átomo en la última órbita, por lo tanto este elemento tiene 2 electrones en la última orbita, entonces la configuración electrónica quedaría así.Numero atómico 27

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d74s2.

Peso atómico 27 Nivel 4 ultimo nivel 2 elemento Cobalto

3d = n: 3

L: 2.... [0=s; 1=p; d=2; f=3]

Ml: 2l+1 = 5 = -2,-1, 0, 1,2

Ms: ± ½ para cada subcapa de ml [↑↓]

Se tienen en subcapa orbital 2 spin2 electrones5 subcapas que corresponden a 10 electrones.

4. Enlaces químicos

4.1 En el modulo de descarga unidad 1, se tiene el tema tipos de enlaces, y en el recurso para seguir aprendiendo se tiene 3 elementos didácticos relacionados con los enlaces químicos, con dicha información se debe elaborar una matriz de clasificación identificando las características de los enlaces con las correspondientes conclusiones especificas y conclusión general Literales (Ver en la caja de herramientas para el aprendizaje la estrategia de aprendizaje mencionada).

5. Estructura y las propiedades de los materiales. La estructura de un material puede ser estudiado en 4 niveles: estructura atómica, arreglo de los átomos, microestructura y macro estructura.

La estructura atómica influyen en la forma en que los átomos se unen entre sí, que permiten clasificarlos como metales, semiconductores, cerámicos y polímeros y además nos permite llegar a conclusiones generales en relación a la propiedades mecánicas y el comportamiento físico de estos cuatro clase de materiales.

Por intermedio de la implementación de una o varias estrategias de aprendizajes que se encuentran en la caja de herramientas para el aprendizaje ser requiere u otra que se proponga: 5.1 Sustentar, mostrar como los arreglos atómicos, los sistemas cristalinos está relacionado con los diferentes tipos de materiales y con sus correspondientes propiedades.

Cuando los materiales son sometidos a altas temperaturas y llegan a un estado de fusión y luego cuando toman nuevamente su estado solido especialmente los metales, los átomos pueden adquirir una determinada organización u orden que influye en muchas de sus propiedades, especialmente las mecánicas, eléctricas y químicas. Los metales están formados por átomos. Se considera a los átomos como esferas rígidas. Es importancia tener presente los tamaños de una aleación.

Los materiales en estado líquido sus átomos se encuentran en movimiento aleatorio, no guardan posiciones fijas. Cuando se solidifican al enfriarse, el movimiento atómico cesa. En solido puede tener ordenamiento definido tridimensional, tiene estructura cristalina y forman cristales. Todos los metales forman cristales en estado sólido.

Algunos materiales no presentan ordenamiento al solidificar, su estructura es desordenada, se dicen amorfos. Los materiales pueden ser amorfos o cristalinos dependiendo de cómo se enfrían.

En un metal solido los átomos se agrupan en arreglos regulares, ordenados, repetitivos y periódicos. Forman estructuras tridimensionales, grupos de los átomos se ordenan para formar planos que posean distintos arreglos geométricos.

5.2 El comportamiento mecánico de los materiales se describe a través de sus propiedades mecánicas que son los resultados de los ensayos o pruebas; describa la relación que tiene cada ensayo o prueba con las propiedades mecánicas de los materiales.

Los materiales de ingeniería (metales, cerámicos, polímeros, compuestos) poseen diversas aplicaciones en las cuales se requiere por ejemplo resistencia tensión, alta dureza, elasticidad, etc. Por esta razón se hace necesario conocer las diversas propiedades que estos poseen y que determinan su comportamiento cuando se les somete a diferentes esfuerzos o condiciones de trabajo.

PROPIEDAD DE TENSIÓN: Se denomina prueba de tensión al ensayo que permite conocer las características de un material cuando se somete a esfuerzos de tracción. El objetivo es determinar la resistencia a la rotura y las principales propiedades mecánicas del material que es posible apreciar en el diagrama carga de formación. Es el ensayo más usado para determinar una propiedad de un material. . Las probetas para este ensayo tienen secciones redondas o cuadradas con medidas especificadas.

PROPIEDAD DE COMPRESIÓN: El ensayo consiste en comprimir una parte de sección cilíndrica entre dados planos que tiende a provocar un acortamiento de la misma y cuya fuerza aplicada se irá incrementando hasta la rotura de esta prueba también se puede determinar la clase del material.

PROPIEDAD DE FLEXIÓN: Este ensayo es generalmente hecho para materiales frágiles o de baja ductilidad como es el caso de los materiales cerámicos y algunos polímeros termoplásticos que no poseen poco o nada resistencia a la tensión.

PROPIEDAD DE CORTANTE Y TORSION: El esfuerzo cortante, es otra propiedad que poseen los materiales y hace referencia a la resistencia que ofrece el material a dejarse deformar cuando se le aplican unas fuerzas paralelas al área seleccionada.

PROPIEDAD DE DUREZA: La dureza es una propiedad fundamental de los materiales y está relacionada con la resistencia mecánica. La dureza puede definirse como la resistencia de un material a la penetración o formación de huellas localizadas en una superficie. Cuánto más pequeña sea la huella obtenida en condiciones normalizadas, más duro será el material ensayado, para hacer la prueba se hace con un indentador.

PROPIEDAD DE TENACIDAD: La tenacidad (siendo una propiedad inversa a la fragilidad) se define como la capacidad que tiene un material para almacenar energía, en forma de deformación plástica, antes de romperse. Se llama así a la propiedad mecánica que representa la cohesión interna de las partículas del mineral, aunque existe una cierta relación con las anteriores propiedades, no se identifica con la dureza, sino más bien con la "ausencia de fragilidad". Determinados minerales muy duros, como el diamante.

PROPIEDAD DE FATIGA: Por fatiga en materiales se entiende la situación en la que se encuentran algunas piezas sometidas a cargas cíclicas de valor inferior al crítico de rotura del material. Por ensayo vemos como un método para determinar el comportamiento de los materiales bajo cargas fluctuantes. Se aplican a una probeta una carga media específica y una carga alternante y se registra el número de ciclos requeridos para producir la falla del material. Por lo general, el ensayo se repite con probetas idénticas y varias cargas fluctuantes.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Modulo materiales industriales unidad 1 Diapositivas “ Para seguir aprendiendo” http://cdpdp.blogspot.com/2008/04/unidad-de-masa-atmica.html http://66.165.175.205/campus12/mod/resource/view.php?id=2502 http://aleaciones.lacoctelera.net/post/2006/06/12/historia-del-hierro- http://definicion.de/numero-de-avogadro/ http://usuarios.multimania.es/billclinton/ciencia/numeros_cuanticos.htm