TRABAJO COLABORATIVO No.1.- UNIDAD I MATERIALES INDUSTRIALES

MATERIALES INDUSTRIALES GRUPO: 256599_13

PRESENTADO POR: MARTHA LILIANA LANCHERO

LAURA CATALINA RAMIREZ CC 1033694347 PAVEL ANDREI NUÑEZ TINOCO CC 80843419 JOSE GUILLERMO ZAMBRANO CC 80434131 KAREN TORRES ESCORCIA CC 1129571137

DIRECTOR DEL CURSO: EDWIN BLASNILO RUA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENERIA INDUSTRIAL

BOGOTA, SEPTIEMBRE DE 2015

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 3

OBJETIVOS .................................................................................................................... 4

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

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 4

1. Hacer un ensayo de diez presentaciones de los elementos didácticos para el

aprendizaje: ..................................................................................................................... 5

ENSAYO MECANISMOS DE DIFUSIÓN .......................................................... 5

ENSAYO EFECTOS DE LA TEMPERATURA – CREEP .................................. 6

ENSAYO CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES ......................................... 7

ENSAYO PROPIEDADES MECÁNICAS........................................................... 9

ENSAYO SOBRE LOS ENLACES Y LA ELECTRONEGATIVIDAD ............... 14

ENSAYO SOBRE LA RED CRISTALINA ........................................................ 14

ENSAYO SOBRE LOS DEFECTOS DE RED ................................................. 15

ENSAYO SOBRE INDUCCIÓN A LOS MATERIALES .................................... 16

ENSAYO SOBRE ENLACES PRIMARIOS ..................................................... 16

ENSAYO SOBRE LA ESTRUCTURA DE LOS SOLIDOS .............................. 17

2. Elaborar la configuración electrónica de 5 elementos de la tabla periódica. .......... 18

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

justificación. ................................................................................................................... 18

4. Soluciòn de problemas propuestos. ..................................................................... 21

CONCLUSIONES .......................................................................................................... 23

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 24

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INTRODUCCIÓN

En este trabajo se desarrollan actividades correspondientes al primer capítulo de la primera unidad del módulo del curso materiales industriales. Utilizando diversas herramientas de aprendizaje como las prácticas virtuales que nos facilitan el camino para la apropiación del conocimiento en lo que tiene que ver con la estructura y propiedades de los materiales. Para lograr un mejor análisis, se requiere de una serie de conceptos básicos, para los cuales se desarrolla un trabajo colaborativo, identificando los temas principales para luego poder comprender las diferentes aplicaciones en la vida práctica.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Identificar diferentes técnicas, procesos utilizados en los materiales lo cual le permite al ingeniero seleccionar el material adecuado para una determinada aplicación, teniendo en cuenta su disponibilidad, el costo y el medioambiente, garantizando la confiablidad y viabilidad de los productos y el crecimiento de cualquier organización.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Reconocer la importancia de los materiales industriales, sus objetivos, conceptos, características, aplicaciones y pertinencia del curso descrita en la unidad 1.

Que el estudiante conceptualice y fortalezca criterios que le sirvan para tomar decisiones y reconocer consecuencias, garantizando la viabilidad de los productos.

Que el estudiante investigue, interactué con sus compañeros de grupo, comparta conocimientos que contribuyan con el fortalecimiento de ideas y el aprendizaje autónomo.

Analizar y conocer la estructura de la unidad 1 que abarca la ciencia e ingeniería, clasificación, estructura y propiedades de los materiales apropiándonos del suficiente conocimiento expresándolo de tal forma que podamos determinar el desarrollo de las actividades del trabajo sobre materiales, complementándola con los recursos y herramientas de aprendizaje

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1. Hacer un ensayo de diez presentaciones de los elementos didácticos

para el aprendizaje:

ENSAYO MECANISMOS DE DIFUSIÓN

El movimiento de los átomos es necesario para muchos de los tratamientos que se llevan a cabo sobre los materiales; la mayor parte de los procesos y reacciones del tratamiento de materiales se basa en la transferencia de masa. Si comprendemos como se transfiere la masa mediante la difusión; siendo esta la emigración de los átomos de un sitio de la red a otro sitio, se podrán diseñar técnicas de procesamiento de materiales. Normalmente los fenómenos de difusión más importantes, desde el punto de vista de propiedades mecánicas de los materiales, son los que tienen lugar en la fase sólida, bien con otras fases sólidas o con líquidas y gaseosas. Un proceso claro de la difusión en estado sólido se encuentra en los tratamientos térmicos, que la mayoría de materiales sufren en etapas de fabricación. Mediante los tratamientos térmicos se favorecen procesos difusionales que afectan magnitudes microestructurales. A nivel atómico, la difusión se debe al desplazamiento de los átomos a través del cristal. Para que un átomo pueda desplazarse debe cumplir con dos condiciones: I. Que haya un sitio vacio contiguo y II. Que el átomo posea la energía suficiente para romper los enlaces con sus próximos vecinos, causando cierta distorsión en la red durante el desplazamiento. La energía es de naturaleza vibracional. Como la vibración atómica en torno a su posición de equilibrio aumenta con la temperatura, esta ejercerá una importancia decisiva en los fenómenos de difusión. De los distintos mecanismos de difusión atómica hay dos que dominan en los materiales metálicos, como son la difusión por vacantes para átomos sustitucionales (los materiales puros contienen 100 % el mismo tipo de átomos. En la realidad los materiales no son totalmente puros por lo que poseen impurezas denominada átomos diferentes. Cuando un átomo diferente sustituye un átomo original ocupando su punto de red recibe este nombre) y difusión intersticial para átomos intersticiales (Son átomos que no tienen una posición definida por un punto de red. Estos átomos se ubican en los intersticios que se forman entre los átomos originales). Difusión por vacantes: En la difusión de átomos sustitucionales, un átomo abandona su sitio en la red para llenar una vacancia cercana creando así una nueva vacancia en su lugar original en la red. Puesto que en el movimiento difusivo los átomos y las vacantes intercambian posiciones, el movimiento de los átomos en la difusión va en sentido opuesto al de las vacantes. Al aumentar la temperatura el número de vacantes en un metal es significativa y mayor la difusión. Difusión intersticial: Implica a átomos que no son parte de la matriz y que en muchos casos son impurezas no deseables que ocupan posiciones intersticiales. El mecanismo tiene lugar por interdifusión de solutos como hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno que tienen átomos pequeños idóneos para ocupar posiciones intersticiales. Para que pueda

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darse la difusión, tienen que haber posiciones intersticiales libres en torno al átomo intersticial en cuestión. Como los átomos intersticiales son pequeños y normalmente hay mas sitios intersticiales libres que vacantes, la difusión intersticial es más probable que la difusión por vacantes; pero en ambos mecanismos se requiere de energía ya que un átomo que se difunde debe oprimir a los átomos circundantes para llegar a su nuevo sitio. Se requiere de una energía alta para hacer pasar loa átomos entre otros durante la difusión. Esta energía es la energía de activación Q. Normalmente se requiere se requiere menos energía para pasar un átomo intersticial entre los átomos circundantes; en consecuencia, en la difusión intersticial las energías de activación son menores que en la difusión por vacantes.

ENSAYO EFECTOS DE LA TEMPERATURA – CREEP

Al aumentar la temperatura de un metal o aleación disminuyen tanto su resistencia, como su vida de fatiga. Existen dos mecanismos de falla relacionados con la temperatura: Termofluencia y Fatiga Térmica. Si la carga es constante se producirá una deformación dúctil y el material terminará fallando por ”termofluencia”. Por otra parte, los cambios cíclicos de temperatura favorecen la falla por fatiga térmica, cuando el material se calienta de manera no uniforme, algunas partes de la estructura se dilatarán más que otras. Esta expansión no uniforme introduce esfuerzos dentro del material y cuando la probeta se enfría y se contrae se introducen esfuerzos opuestos y como consecuencia de los esfuerzos y deformaciones inducidos térmicamente el material fallará por fatiga.

“Termofluencia: Relación entre la deformación plástica permanente y el tiempo que sufren los materiales durante su servicio a temperaturas elevadas. El fenómeno del Creep incrementa las deflexiones en el tiempo y ocasiona redistribución de esfuerzos en la estructura del material. Algunos factores que afectan este proceso son:

- Nivel de esfuerzo al que está sometido el material, ya que la deformación es igual al esfuerzo

- Duración de la carga, mientras la carga se mantenga más tiempo, el efecto del creep es mayor. Por eso las cargas permanentes producen mayor deformación que las cargas vivas.

- Condiciones ambientales, a mayor humedad del medio ambiente menor deformación plástica.

Los ensayos de termofluencia requieren la medición de cuatro variables: tensión, deformación, temperatura y tiempo. La tensión la aplica una máquina de ensayo que aplica tanto carga constante como tensión constante. Usualmente el ensayo se realiza bajo carga constante, lo que sólo requiere la aplicación de un peso en forma directa o indirecta, a fin de multiplicar la magnitud aplicada. A las precauciones generales de los ensayos de tracción, deberán agregarse algunas generales, tales como la eliminación de la excentricidad, etc.

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Las deformaciones deben medirse con mucha exactitud en los ensayos. Pueden determinarse por medio de dos microscopios móviles que enfocan dos marcas calibradas previamente. A veces se ensayan las probetas no en aire, sino en sal, metal líquido y otros tipos de baños, al vacío, etc. La prueba comprende las siguientes fases:

a) Calentamiento gradual de la probeta, hasta alcanzar en unas tres horas la temperatura fijada. b) Permanencia de la probeta a dicha temperatura durante el tiempo prefijado. c) Aplicación de la carga constante de tracción. d) Medición de la fluencia.

Cuando se aumenta la temperatura de un material, tanto el límite de fluencia como el de rotura descienden. El material se hace mucho más dúctil, menos resistente; esto es general para todos los metales. En el caso de los aceros, la termofluencia aparece a 600º. Este fenómeno tiende inevitablemente a la rotura debido a la reducción de sección transversal que siempre acompaña a la elongación. La fractura puede tener lugar de diversos modos:

a) A altas tensiones y temperaturas moderadas (involucrando tiempos relativamente cortos), se desenvuelve como la rotura por tracción simple. Si el material es dúctil, romperá después de una gran deformación plástica.

b) A mayores temperaturas o tiempos más largos, los metales dúctiles comienzan a perder su capacidad para endurecerse por deformación: tiene lugar el comportamiento denominado “acción térmica”. Si la deformación es grande, la rotura sigue siendo dúctil.

c) A altas temperaturas o largos períodos de carga, los metales pueden fracturarse con muy poca deformación plástica. El movimiento relativo entre los granos ocasiona rupturas que se abren entre ellos, cuando una fisura llega a ser lo suficientemente grande, o varias fisuras se unen para formar una más grande, crece lentamente a través de la pieza hasta que fractura tiene lugar. A tensiones bajas que actúan durante mucho tiempo la deformación es a veces casi insignificante, y la fractura tiende a ser de carácter frágil.

ENSAYO CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Generalidades

Para dar una definición de lo que es un material, primero debe entenderse como es que está conformado. Lo primero es que un material está compuesto por elementos, generalmente los elementos químicos encontrados en la naturaleza y representados en la tabla periódica de elementos químicos. Sin embargo, esto no es todo, en los materiales estos elementos están relacionados por una composición química definida. Un ejemplo muy sencillo es la sal común, su fórmula química es NaCl, lo que significa que hay un átomo de Sodio (Na) por cada átomo de Cloro (Cl) y es la única forma de obtener este compuesto.

El último factor importante de un material es el acomodo de estos elementos, es decir, su estructura, los materiales están caracterizados por tener una estructura, determinada y única, si este acomodo cambia, cambiarán las características del material y por lo tanto se hablará de este como una variación o como otro material distinto.

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En ciencia e ingeniería de materiales, existe además otra distinción para los materiales, y es que deben tener un uso específico, si no es así, entonces se les denomina únicamente sustancia. Por ejemplo, el agua (H2O) en estado líquido es una sustancia, pero al enfriarse y convertirse en hielo, se puede usar como un material de construcción, por lo tanto, esta misma agua solidificada, al tener un uso práctico, se le considera un material.

En resumen, los materiales están formados por elementos, con una composición y estructura única y que además, pueden ser usados con algún fin específico.

Los materiales se clasifican de forma muy general en:

Metales

Cerámicos

Polímeros

Materiales compuestos

Sin embargo, está clasificación no es única, pues los materiales se pueden dividir por su estructura, por sus propiedades físicas y químicas, por sus usos en industrias específicas, etc.

1. Materiales puros

El primer intento de hacer una clasificación de los materiales encontrados en la naturaleza fue hecho por el químico el químico J. W. Döbenreiner en 1829. Él organizó un sistema de clasificación de elementos en el que éstos se agrupaban en conjuntos de tres denominados tríadas. Las propiedades químicas de los elementos de una tríada eran similares y sus propiedades físicas variaban de manera ordenada con su masa atómica. La tríada del cloro, del bromo y del yodo es un ejemplo. En este caso, la masa de uno de los tres elementos de la tríada es intermedia entre la de los otros dos. Para 1850 ya se podían contar con unas 20 tríadas para llegar a una primera clasificación coherente.

En 1869, el químico ruso Dmitri Ivanovich Mendeleyev desarrolló una tabla periódica de los elementos según el orden creciente de sus masas atómicas. Colocó lo elementos en columnas verticales empezando por los más livianos, cuando llegaba a un elemento que tenía propiedades semejantes a las de otro elemento empezaba otra columna. Mendeleiev perfeccionó su tabla acomodando los elementos en filas horizontales. Su sistema le permitió predecir con bastante exactitud las propiedades de elementos no descubiertos hasta el momento.

En 1914, el físico y químico inglés, Henry Moseley, descubrió que los átomos de cada elemento tienen un número único de protones en sus núcleos, siendo el número de protones igual al número atómico del átomo. Moseley organizó los elementos en orden ascendente de número atómico y no en orden ascendente solucionando los problemas de ordenamiento de los elementos en la tabla periódica. La organización que hizo

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Moseley de los elementos por número atómico generó un claro patrón periódico de propiedades.

En la actualidad, hay 18 grupos en la tabla estándar (Figura 1.1.). El hecho de que la mayoría de estos grupos correspondan directamente a una serie química no es fruto del azar. La tabla ha sido estructurada para organizar las series químicas conocidas dentro de un esquema coherente. La distribución de los elementos en la tabla periódica proviene del hecho de que los elementos de un mismo grupo poseen la misma configuración electrónica en su capa más externa. Como el comportamiento químico está principalmente dictado por las interacciones de estos electrones de la última capa, de aquí el hecho de que los elementos de un mismo grupo tengan propiedades físicas y químicas similares. Cabe señalar, además de los elementos naturales, se han agregado elementos sintéticos producidos en laboratorio,

En los materiales, el tipo de enlace químico determina una gran cantidad de sus propiedades. El orbital más externo llamado capa de valencia, determina cuantos enlaces puede formar un átomo. Para que se forme un enlace se requiere:

Que las capas de valencia se toquen; por esto debe ser el orbital más externo.

Que haya transferencia de electrones en las capas de valencia de ambos átomos.

Existen tres diferentes tipos de enlace considerados energéticamente fuertes: el enlace iónico, el covalente y el metálico. Existen además las llamadas fuerzas de atracción débiles o fuerzas intermoleculares.

ENSAYO PROPIEDADES MECÁNICAS

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En ingeniería, las propiedades mecánicas de los materiales son las características inherentes, que permiten diferenciar un material de otro. También hay que tener en cuenta el comportamiento que puede tener un material en los diferentes procesos de mecanización que pueda tener.

Elasticidad

El término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

Plasticidad

La plasticidad es la propiedad mecánica que tiene un material para deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su limite elástico.

Resistencia a la fluencia

Es la fuerza que se le aplica a un material para deformarlo sin que recupere su antigua forma al parar de ejercerla.

Resistencia a la tracción o resistencia última

Indica la fuerza de máxima que se le puede aplicar a un material antes de que se rompa.

Resistencia a la torsión

Fuerza torsora máxima que soporta un material antes de romperse.

Resistencia a la fatiga

Deformación de un material que puede llegar a la ruptura al aplicarle una determinada fuerza repetidas veces.

Dureza

La dureza es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su superficie. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa, que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio cuando lo rayas no queda marca, por lo tanto tiene gran dureza.

Fragilidad

La fragilidad intuitivamente se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas.

Tenacidad

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La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturarse. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin fracturarse.

Resiliencia o resistencia al choque

Es la energía que absorbe un cuerpo antes de fracturarse.

http://www.fondosdeescritorio10.com/wpontent/uploads/2009/07/Martillo_rompiendo_el_suelo.jpg

Ductilidad

La ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse,1 permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales no dúctiles se califican como frágiles. Aunque los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo sucede tras producirse grandes deformaciones.

No debe confundirse dúctil con blando, ya que la ductilidad es una propiedad que como tal se manifiesta una vez que el material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse.

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Maleabilidad

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La maleabilidad es la propiedad de un material duro de adquirir una deformación acuosa mediante una descompresión sin romperse. A diferencia de la ductilidad, que permite la obtención de hilos, la maleabilidad favorece la obtención de delgadas láminas de material.1

El elemento conocido más maleable es el oro, que se puede malear hasta láminas de una diezmilésima de milímetro de espesor. También presentan esta característica otros metales como el platino, la plata, el cobre, el hierro y el aluminio.

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Maquinabilidad

La maquinabilidad es una propiedad de los materiales que permite comparar la facilidad con la que pueden ser mecanizados por arranque de viruta. La maquinailidad también puede definirse como el mejor manejo de los materiales y la facilidad con la que pueden ser cortados con una cegueta o con una máquina de corte.

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Colabilidad

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La colabilidad es la capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas y sin defectos. Para que un metal sea colable debe poseer gran fluidez para poder llenar completamente el molde. Los metales más fusibles y colables son la fundición de hierro, de bronce, de latón y de aleaciones ligeras.

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Propiedades acústicas

Reflexión

La reflexión se refiere a la capacidad del material para hacer rebotar una onda de sonido desde su superficie, causando un eco. Estas reflexiones pueden ser medidas por sus ángulos de incidencia y reflexión. Cada tipo de material de construcción presenta propiedades únicas de reflexión, que se pueden modelar y predecir a la hora de diseñar un espacio sonoro.

Absorción

Cada material de construcción también exhibe propiedades de absorción o la capacidad para convertir las ondas de sonido en calor, cesando su viaje. La potencia de una onda de sonido se mide típicamente en niveles de presión del sonido llamados decibelios; cada material se califica por su capacidad para absorber los sonidos en una escala de decibelios.

Difusión

La difusión se refiere a la capacidad del material de esparcir o redirigir las ondas de sonido en un espacio. Los espacios de presentación en general cuentan con paneles acústicos de difusión colgados encima de un escenario para ayudar a los sonidos emitidos durante una presentación a viajar limpiamente en toda la zona. Los materiales de construcción varían en su capacidad para difundir ciertos sonidos, esto se conoce como coeficiente de difusión.

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ENSAYO SOBRE LOS ENLACES Y LA ELECTRONEGATIVIDAD

La fuerza de atracción que un átomo de un elemento ejerce sobre los electrones compartidos de una molécula o ion poli atómico recibe el nombre de electronegatividad. Linus Pauling, elaboró una escala de electronegatividades en la que el elemento más electronegativo, el flúor, se le asigna un valor de 4.0. La electronegatividad relativa de los no metales es alta y la de los metales baja. Esas electronegatividades indican que los átomos de los metales tienen una mayor tendencia a perder electrones que los átomos de los no metales, y que estos últimos tienen mayor tendencia a ganar electrones. Mientras mayor sea el valor de la electronegatividad, mayor será la atracción por los electrones. En general la electronegatividad de los elementos representativos aumenta de izquierda a derecha en un periodo y disminuye hacia abajo en un grupo. La diferencia entre los valores de electronegatividad de los átomos que forman un enlace, determina el tipo de enlace.

Cuando los átomos de dos no metales se combinan resultan compuestos covalentes. Los átomos se mantiene unidos compartiendo electrones, este tipo de enlace se llama covalente. El más sencillo es la molécula de hidrógeno, H2. Un átomo de hidrógeno logra una configuración de gas noble, cuando su primera capa se completa con dos electrones.

La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos. Pauling la definió como la capacidad de un átomo en una molécula para atraer electrones hacia así. Sus valores, basados en datos termoquímicos, han sido determinados en una escala arbitraria, denominada escala de Pauling, cuyo valor máximo es 4 que es el valor asignado al flúor, el elemento más electronegativo. El elemento menos electronegativo, el cesio, tiene una electronegatividad de 0,7.

ENSAYO SOBRE LA RED CRISTALINA

La mayor parte de los sólidos de la naturaleza son cristalinos lo que significa que los átomos, moléculas o iones que los forman se disponen ordenados geométricamente en el espacio. Esta estructura ordenada no se aprecia en muchos casos a simple vista porque están formados por un conjunto de microcristales orientados de diferentes maneras formando una estructura policristalina, aparentemente amorfa. Este "orden" se opone al desorden que se manifiesta en los gases o líquidos. Cuando un mineral no presenta estructura cristalina se denomina amorfo.

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La cristalografía es la ciencia que estudia las formas y propiedades fisicoquímicas de la materia en estado cristalino. Las redes cristalinas se caracterizan fundamentalmente por un orden o periodicidad. La estructura interna de los cristales viene representada por la llamada celdilla unidad que se repite una y otra vez en las tres direcciones del espacio. Si formamos una red espacial apilando estas redes planas, sólo existen catorce posibles formaciones que representan las formas más sencillas en que puede descomponerse la materia cristalina sin que por ello pierdan sus propiedades originales, son las llamadas redes de Bravais. Los cristales presentan formas más o menos regulares con definición de aristas, caras y vértices. Internamente, están constituidos por partículas que guardan entre sí relaciones y distancias fijas; estos parámetros internos se estudian mediante rayos X, mientras que los externos se realizan midiendo los ángulos que forman sus caras. Uno de los parámetros básicos de todo cristal es el llamado índice de coordinación que podemos definir como el número de iones de un signo que rodean a un ion de signo opuesto. Podrán existir, según los casos, índices diferentes para el catión y para el anión.

ENSAYO SOBRE LOS DEFECTOS DE RED

En algún momento de nuestra vida nos preguntamos que hace que un cristal de rubí sea rojo y otro azul? ¿Qué hace al acero mucho más duro y resistencia que el hierro puro? La respuesta es sencilla… es el arreglo de los átomos o de los iones de los materiales diseñados. Los arreglos de estructuras cristalinas siempre tienen defectos, que tienen un efecto sobre las propiedades de los materiales. Todos los materiales tienen irregularidades o defectos en el arreglo de los átomos en los cristales, las cuales tienen efectos en el comportamiento del material. Controlando las irregularidades reticulares se hacen más resistentes los metales y sus aleaciones, se producen imanes más potentes, transistores y foceldas solares más eficientes, vidriería de vivos colores y muchas otras características de los materiales de importancia práctica. Algunos defectos puntuales son las interrupciones localizadas en arreglos atómicos o iónicos. Esta alteración afecta una región donde intervienen varios átomos o iones en una estructura cristalina. Se pueden introducir por ello movimiento de los átomos o iones al aumentar la energía por el calentamiento, por el procesamiento, por la introducción de impurezas o por dopado. Hay seis tipos de defectos puntuales: vacancia; átomo intersticial, átomo de sustitución pequeño; átomo de sustitución grande; defecto de Frenkel y defecto de Scottky. Los defectos puntuales por ejemplo son discontinuidades de la red que involucran uno o varios átomos. En el caso de los defectos lineales, se dan a nivel de varios átomos confinados generalmente a un plano. En este caso los defectos más importantes que surgen son las dislocaciones.

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ENSAYO SOBRE INDUCCIÓN A LOS MATERIALES

Existen diversas fases de transformación de los materiales, todos provienen de la tierra y según el estado en el que encuentren reciben el nombre de materiales sin procesar tales como el mineral, el carbón, la roca y plantas entre otros. Luego de que los mismos pasan por un proceso de transformación se denominan materiales básicos como los metales, el papel, el cemento y las fibras. Los materiales de ingeniería son aquellos que se han obtenido mezclando diversos tipos de materiales para mejorar las propiedades de los mismos, entre ellos se encuentran las alecciones, los cristales simples y los plásticos compuestos. Los materiales se convierten en productos que luego de cumplir su ciclo de vida útil son desechados y muchos de esos materiales se pueden incorporar al proceso de reciclaje a fin de eliminar las impurezas y darles un nuevo uso en productos similares.

Los materiales se utilizan para la construcción de edificios, la fabricación de medio y vías de transporte, vestuario y comunicaciones. Los materiales tienen una estructura que depende la forma en la que se encuentran distribuidos sus componentes a nivel subatómico, atómico, microscópico y macroscópico, lo que ocasiona que los materiales tengan diversas propiedades. Las características mecánicas, físicas y químicas son difieren de un material a otro y se mejoran mediante aleaciones.

Los materiales se clasifican en metales cuya configuración permite que tengan un alto grado de resistencia, plasticidad y tenacidad, mientras que los materiales cerámicos son aislantes térmicos y eléctricos, frágiles a la rotura y su combinación incluye elementos metálicos y no metálicos.

Los polímeros son flexibles, trabajables y poco resistentes a altas temperaturas mientras que los materiales compuestos incluyen diversos tipos de materiales. A futuro será necesario mejorar las condiciones de los productos actuales mediante la combinación de diversos materiales a fin de obtener lo mejor de cada uno de ellos.

ENSAYO SOBRE ENLACES PRIMARIOS

Existen tres tipos de enlaces denominados enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico como resultado del cumplimiento de una de regla de octeto que se da entre los elementos de la tabla periódica. Como es bien sabido los elementos se clasifican de acuerdo a su configuración electrónica originando un enlace iónico cuando los electrones se transfieren desde un metal a un no metal generando un enlace no direccional muy fuerte y con alta conductividad cuando se trata de sustancias. En el enlace covalente la unión es direccional ya que los dos átomos comparten electrones de valencia, estos enlaces suelen presentarse en estado líquido y gaseoso. Por su lado el enlace metálico mantiene unidos a los átomos de los metales entre si creando estructuras muy compactas debido a que forman una nube electrónica a su alrededor.

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El enlace secundario de dipolos oscilantes se crea cuando se da una distribución electrónica asimétrica ocasionando que exista más carga eléctrica en un extremo que en el otro, mientras que cuando se trata de un enlace entre dipolos permanentes las partículas se forman por enlaces covalentes.

ENSAYO SOBRE LA ESTRUCTURA DE LOS SOLIDOS

Los sólidos se clasifican en dos tipos; cristalinos y amorfos. La primera clasificación alude a la estructura cristalina cuya estructura atómica es definida como la del hielo y el cobre. Existen varios tipos de estructuras cristalinas, una de ellas es la red cubica simple cuya formación genera una estructura cubica y cada átomo se encuentra en un vértice, también existe la red cubica centrada en las caras y se diferencia de la anterior debido a que esta posee un átomo en el centro de cada una de las caras, mientras que la red centrada en el cuerpo se compone de un átomo en cada vértice y uno adicional en el centro de la estructura y la red hexagonal compacta cuyas caras superior e inferior son hexágonos regulares. Los sólidos amorfos no tienen un arden de largo alcance y al igual que los sólidos cristalinos se encuentran formados por átomos, moléculas o iones. Los índices de Miller es la notación que se utiliza para localizar direcciones y planos en una celda unitaria denominación que se le da al menor grupo de átomos de una estructura cristalina. Los sistemas de deslizamiento incluyen el movimiento paralelo de dos regiones cristalinas adyacentes respecto a un plano determinado produciéndose siempre sobre el sistema que tiene mayor esfuerzo de corte. Con relación a la densidad de los materiales existen diversas definiciones que vale la pena diferenciar, la primera de ellas es la densidad de volumen que relaciona la masa y el volumen de un cuerpo, la densidad planar por su parte mide la relación entre el número de átomos y el área del plano mientras que la densidad lineal relaciona el número de átomos y la longitud de la dirección.

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

ELEMENTO NUMERO ATOMICO

SIMBOLO CONFIGURACIÒN ELECTRONICA

CLORO 17 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

MANGANESO 25 Mn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5

BROMO 35 Br 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5

PLATA 47 Ag 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d9

TANTALIO 73 Ta 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d3

3. Muestre en una tabla 10 materiales industriales con sus propiedades

mecánicas y justificación.

MATERIAL APLICACIÓN PROPIEDADES MECÁNICAS Y

FÍSICAS JUSTIFICACIÓN

Acero

En la industria automotriz, construcciones ferroviarias y fabricación de diversas herramientas o partes para electrodomésticos.

-Resistencia a la tensión. -Elasticidad -Plasticidad -Tenacidad Propiedades térmicas: -Conducción -Convección

Depende de la cantidad de carbono que contenga, entre menos C incluya tendrá menos resistencia mecánica, más tenacidad, mas trabajabilidad. Cuando es fundido alcanza mayor resistencia mecánica pero baja la tenacidad y trabajabilidad.

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Bronce

Aplicaciones en cañerías, chapas, instrumentos musicales, armas, herramientas y construcciones artísticas.

-Resistencia a la tracción -Dureza -Resistencia al impacto -Resistencia a la temperatura.

Dado que el bronce es una fusión de estaño y cobre, la resistencia y la dureza son el resultado del efecto del estaño sobre el cobre. Sin embargo también puede incluir zinc, aluminio, fosforo y antimonio entre otros.

Vidrio

Vidrio industrial: Almacenamiento de productos químicos y biológicos entre otros. Vidrio domestico: Almacenamiento de productos alimenticios.

-Dureza -Resistencia -Comprensión. -Flexión. -Color -Textura -Peso

Las propiedades mecánicas dependen de la fase de elaboración del vidrio. El color es determinado por los colorantes (Oxido de cobalto, oxido ferroso, oxido férrico). La textura depende del proceso de fundición. El peso varía de acuerdo a la composición química.

Concreto

Uso en la construcción de

diversas edificaciones y

vías.

Resistencia a la compresión. Alto índice de plasticidad. Es impermeable, durable y resistente.

Estas propiedades se obtienen mediante la mezcla de varios elementos (Agua, agregado, cemento, aire) La impermeabilidad depende de la relación agua cemento y las propiedades varían según las fases de elaboración del concreto

Plástico

Empaquetado, tuberías, espumas aislantes, juguetes, maletas, piezas de motores, aparatos eléctricos, aislantes eléctricos, bolsas de basura entre otros.

-Resistencia a la corrosión. -Resistencia a la tensión y elongación de rotura. -Ductilidad -Baja conductividad.

La ductilidad de los plásticos se debe al tipo de enlace químico.

Madera

En la construcción de viviendas, fabricación del mobiliario, papel,

-Resistencia a la tracción. -Resistencia a la compresión.

Los factores que definen las propiedades técnicas son el Angulo entre las fibras de la madera, la temperatura, la

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cartón y obras de arte entre otros.

-Resistencia a la flexión. -Dureza -Baja conductividad.

humedad y densidad entre otros. -La dureza depende de la vejez que tenga la madera.

Porcelana

Fabricación de repuestos o productos industriales. -Productos de cerámica blanca. -Como aislante eléctrico

-Temperatura de fusión. -Resistencia -Rotura frágil. -Buen aislante -Dureza -Ductilidad

Las propiedades se deben a la estructura atómica de la porcelana ya que es vidriosa o amorfa. La resistencia de la porcelana depende de los coeficientes de expansión térmica de las fases.

Latón

Elaboración de monedas, instrumentos musicales, alambres, llaves de agua, bisutería y construcción de barcos.

-Tenacidad -Dureza -Ductilidad -Resistencia a la compresión. -Elasticidad

Dado que es una aleación del cobre y zinc las propiedades mecánicas varían de acuerdo a la proporción de estos dos elementos.

Cobre

-Fabricación de alambres y láminas extremadamente finas para el sector eléctrico. -Fabricación de tuberías de cobre para gas y agua. -Uso en diversos tipos de aleaciones.

-Resistencia mecánica. -Elasticidad -Dureza -Ductilidad -Conductividad térmica y eléctrica.

La resistencia a la tracción y la dureza se incrementan mediante diversos tipos de aleaciones. Algunas aleaciones reducen la conductividad eléctrica.

Cromo

Uso en la industria química, metalúrgica y elaboración de materiales refractarios.

-Resistencia a la corrosión. -Conductividad eléctrica -Densidad -Ductilidad -Dureza

Sus propiedades mecánicas dependen de la configuración electrónica que tiene el cromo.

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4. Soluciòn de problemas propuestos.

4.1) 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. Rpta. Diámetro=10 mm(1 m/1000)= 0,01 m. El área a considerar es: (3,14)(0,01m)(0,12m)= 0,003768 m2. El esfuerzo = 15 000 N / 0,003768 m2= 3 980 891,7 N/m2 La deformación = X / 0,12 m. Estas dos últimas cantidades son directamente proporcionales, tal que: S= 3,5x10^10 N/m2=3 980 891,7 N/m2 / (X / 0,12 m) X / 0,12 m= 0,0001137 X= 0,00001364 m = 0,01364 mm. Longitud: 120 mm + 0,01364 mm= 120,01364 mm.

2. La longitud final de la probeta después de retirar la carga anterior. Rpta. Como el esfuerzo es mucho menor que el módulo de corte, la probeta vuelve a su longitud= 120 mm. 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. Rpta.

Debe ser: 2,3x10⁻², esta es igual a: X/0,12 m Despejando: X= 0,023(0,12m)= 0,00276 mm La longitud será= 120,00276 mm.

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4.2) 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?

R//

1 mol AL……………… 26.98 grs

X de AL…………………….0.35 grs

𝑥 =0.35

26.98= 0.0129725722 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙

0.0129725722 𝑥 6.02𝑥1023 = 7.809488464 𝑥 1021

4.3) 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?

b) ¿Cuántos moles de níquel se requieren?

R//

Volumen de la capa de níquel requerida, V= superficie x espesor.

𝑣 = 350𝑝𝑢𝑙2 𝑥 0.0050 𝑝𝑢𝑙 = 1.75𝑝𝑢𝑙3

Volumen atómico.

𝟏 𝒑𝒖𝒍 = 𝟐. 𝟓𝟒𝒄𝒎

𝟔. 𝟔 𝒄𝒎𝟑𝒎𝒐𝒍 = 𝟎. 𝟒 𝒑𝒖𝒍𝟑

1.75𝑝𝑢𝑙3 𝑥 (2.54𝑐𝑚3𝑝𝑢𝑙)3 = 28.677362𝑐𝑚3

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝑖 = 28.68𝑐𝑚3

6.6𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙= 4.34𝑚𝑜𝑙

Átomos de Ni

4.34𝑚𝑜𝑙 𝑥 6.02𝑥1023 = 2.61268𝑥1024

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CONCLUSIONES

Con el desarrollo del trabajo quedan más claros los temas de la unidad uno del contenido del curso Materiales Industriales, por medio del desarrollo de las actividades propuestas Con la revisión de los contenidos temáticos del curso, se contribuye a la motivación del estudiante y con el desarrollo de la actividad, al fomento de su espíritu investigativo. Por medio de una herramienta como fue la práctica virtual podemos identificar los temas a tratar durante el curso y que serán útil en el ámbito laboral.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Castiller W. (2007), Ciencia e Ingeniería de los Materiales.97, 98

Barroso S. (2014), Introducción al Conocimiento de materiales.111, 112 https://books.google.com.co/books

Harsem T (2005), Diseños de Estructuras de Concreto Armado, 37 Tomado de: https://books.google.com.co/books

Coltters R. (2013), Análisis de Fractura, Fatiga Térmica – Efecto de la Temperatura

Tomado de: http://www.analisisdefractura.com