SEMANA I: PROPIEDAD DE LOS MATERIALES

Propiedades Generales de los Materiales

A la hora de seleccionar un material para una determinada aplicación debemos tener en cuenta diversos factores, como son el trabajo que va a desarrollar la pieza, la atmósfera en la que se va a encontrar, el procedimiento de conformado mediante el cual se le dará la forma definitiva, etc. Por tanto, un profundo conocimiento de las propiedades es clave para estar en condiciones de determinar cuál es el material más apropiado para dicha aplicación.

El propósito de un técnico especialista en materiales cuando se va a fabricar un objeto determinado es, primeramente, establecer las características deseables que deben poseer los materiales de que estará hecho, y, en una segunda fase, escoger el material óptimo entre aquellos que cumplan las características deseadas.

En esta segunda fase intervienen los siguientes factores:
·Propiedades mecánicas (resistencia, tenacidad, dureza, rigidez, etc.).
·Resistencia a la corrosión.
·Conductividad térmica y eléctrica.
·Facilidad de conformado (disponibilidad en la naturaleza del material, métodos de conformado posibles, etc.).
·Peso específico y apariencia externa (propiedades sensoriales agradables).
·Factores ecológicos: mínima necesidad de materia prima y posibilidad de reciclaje y reutilización.
·Precio de la materia prima.

Propiedades Físicas

Las propiedades físicas son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su composición. Por ejemplo, cuando moldeas un trozo de plastilina, sus átomos no se ven alterados de ninguna manera, pero exteriormente cambia su forma. 
Estas propiedades pueden variar en tres estados distintos como: Estado Sólido, Líquido y Gaseoso.

• Estado Sólido

Se producen cuando los materiales se encuentran a una baja temperatura provocando que sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas definidas, lo que les permite soportar fuerzas sin deformación. Los sólidos son calificados como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión.

Las sustancias en estado sólido tienen las siguientes características:

·         Forma definida.

·         Incompresibilidad (no pueden comprimirse)

·         Resistencia a la fragmentación.

·         Volumen tenso.

• Estado Líquido

Se produce cuando dicho material adquiere el punto de fusión y su principal característica es la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene.
El estado líquido presenta las siguientes características:

·         Fuerza de cohesión menor.

·         Toma la forma del envase que lo contiene.

·         En frío se comprime.

·         Posee fluidez.

•            Estado Gaseoso

Se alcanza esto punto aumentando la temperatura de dicho material para llegar hasta su ebullición. Los átomos o moléculas del gas se encuentran libres de modo que son capaces de ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, aunque con mayor propiedad debería decirse que se distribuye o reparte por todo el espacio disponible.

El estado gaseoso presenta las siguientes características:

Fuerza de cohesión casi nula.

·         Sin forma definida.

·         Toma el volumen del envase que lo contiene.

·         Se puede comprimir fácilmente.

·         Ejerce presión sobre las paredes del recipiente que los contienen.

·         Los gases se mueven con libertad

• Formas y Dimensiones

¿Tienen los Materiales Forma?, En su principio los quellamaremos materiales tecnológicos no tienen formapor si mismo. Es la Ingeniería la que proporciona laforma de diseño que se le confiere.

El ejemplo mas grande en contruccion es el concreto ,adopta la forma y dimension diseñada por el especialista (ingeniero).

• El peso especifico

El peso específico de una sustancia se define como su peso por unidad de volumen. Como aclararemos en otro apartado, esta definición es considerada hoy día como obsoleta y reprobable, siendo su denominación correcta la de densidad de peso.

• Permeabilidad

Es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.

La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos:

la porosidad del material; la densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura: la presión a que está sometido el fluido.

• La capilaridad

Es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual a su vez depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.
Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular del líquido (o cohesión intermolecular)
Entre sus moléculas es menor a la adhesión del líquido con el material del tubo (es decir, es un líquido que moja)
El líquido  sigue subiendo hasta la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo.

• Higroscopia

La capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medio ambiente.

Tambien es sinónimo de higrometría siendo esta el estudio de la humanidad, sus causas y  variaciones(ne particular de la humanidad atmosférica).

Son higroscópicos todos los compuestos que atraen agua en forma de vapor o d eliquido de su ambiente, por eso a menudo son utilizados como desecantes.

Algunos de los compuestos higroscópicos reaccionan químicamente con el agua como los hidruros o los metales alcalinos. Otros la atrapan como agua de hidratación en su estructura cristalina como es el caso de sulfato de sodio.El agua también  puede absorberse físicamente.

PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES

Se sabe que los materiales cambian sus propiedades con la temperatura. En la mayoría de los casos las propiedades mecánicas y físicas dependen de la T° a la cual el material se usa o de la T° a la cual se somete el material durante su procedimiento.

•  Densidad (ρ): masa de material por unidad de volumen: ρ = m / V (kg/m3).
• Calor específico (C): cantidad de energía necesaria para aumentar en 1 ºC la temperatura de 1 kg de material. Indica la mayor o menor dificultad que presenta una sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Los materiales que presenten un elevado calor específico serán buenos aislantes. Sus unidades del Sistema Internacional son J/(kg·K), aunque también se suele presentar como kcal/(kg·ºC); siendo 1 cal = 4,184 J. Por otra parte, el producto de la densidad de un material por su calor específico (ρ · C) caracteriza la inercia térmica de esa sustancia, siendo esta la capacidad de almacenamiento de energía.
• Conductividad térmica (k): Capacidad de un material para transferir calor. La conducción térmica es el fenómeno por el cual el calor se transporta de regiones de alta temperatura a regiones de baja temperatura dentro de un mismo material o entre diferentes cuerpos. Las unidades de conductividad térmica en el Sistema Internacional son W/(m·K), aunque también se expresa como kcal/(h·m·ºC), siendo la equivalencia: 1 W/(m·K) = 0,86 kcal/(h·m·ºC).
•   Difusividad térmica (α): Caracteriza la rapidez con la que varía la temperatura del material ante una solicitud térmica, por ejemplo, ante una variación brusca de temperatura en la superficie. Se puede calcular mediante la siguiente expresión:* α = k / (ρ · C) (m2/s).
• Dilatación: La mayoría de los materiales aumentan de tamaño ( se dilatan ) al aumentar su temperatura, siempre que no se produzcan cambios de fase. El origen de la dilatación térmica reside en que al aumentar la temperatura aumentan las vibraciones de las partículas (moléculas, átomos, o iones) del material ,lo que da origen a una mayor separación entre ellas.
• Reflexión del Calor: Según el  comportamiento de los materiales frente a la luz se clasifican en: transparentes, translucidos y opacos.
  Como materiales transparentes podemos distinguir el cristal y algunos tipos de plásticos.
           Es la proyección de un material al incremento de calor sin modificar su estructura física, química.Este tipo de propiedad puede ser limitada por temperatura.
• Transmisión y Reflexión del Sonido: Es una parte de la Física de un material que es transmitida y otra absorbida, la parte absorbida se disipa bajo otras formas de energía.

PROPIEDADES ÓPTICAS

              Reflexión de la luz:

              Cada uno de los objetos  da una reflexión y absorción, en forma parcial  o total.

              En superficies lisas y brillantes se refleja más que en las rugosas.

             Transmisión de la luz:Se da por medio de elementos transparentes como los vidrios,          cada uno en mayor o menor grado.

              Color:Cuando la luz incide en la superficie de un mineral parte de ella se refleja y                  refleja y parte se refracta. Si  la luz no sufre absorción, el material  es incoloro. L os              materiales son coloreados porque absorben ciertas longitudes de onda de la luz y el            color es el resultado de una combinación, de aquellas longitudes de onda que llegan            al ojo.

   PROPIEDADES ACÚSTICAS

Estudian el comportamiento de los materiales ante el contacto con ondas sonoras.

•   Ondas Sonoras: El sonido es un conjunto de variaciones de presión emitidas desde una fuente emisora, en forma de ondas.Estas ondas pueden transportarse a través de:Gases (el más común para nosotros es el aire), Líquidos, Sólidos., Nuestro sentido del oído nos permite captar esas ondas y reconocerlas.Se puede asimilar las ondas sonoras con un objeto que cae en el agua.Al golpear el agua se producen ondulaciones en la superficie.Esas ondulaciones se propagan por la superficie del agua.Si son varios objetos que golpean la superficie se producen varias ondas entrecruzadas.
• Transmision Acustica: Es la propiedad de algunos materiales de transmitir las ondas sonoras a través de ellos.Los materiales rígidos transmiten el sonido con facilidad a través de ellos.Los materiales blandos no transmiten el sonido a través de ellos, porque pueden amortiguar el sonido que produce el impacto del golpe. , Matrillo viaja por el material en todas.Cuanto más denso es el medio de propagación direcciones y se propaga luego por el del sonido, mejor será la transmisión de éste aire.Ejemplo: el sonido se propaga mejor en el agua que en el aire.Ejemplo de aplicación práctica:n Esta propiedad, que poseen muchos materiales utilizados en un entrepiso, es un problema a resolver, porque las pisadas de quien camina por la planta alta se escuchan muy fuerte en la planta baja.Hay materiales blandos, como la goma, el poliuretano, o una alfombra, que amortiguan el golpe de un zapato al caminar haciendo que no Detalle constructivo de un entrepiso se transmita el sonido hacia el piso de abajo con aislación acústica utilizando una plancha de espuma de poliuretano.Otro ejemplo son las cabinas de grabación de sonido, que deben estar totalmente aisladas de los ruidos exteriores.

PROPIEDADES QUIMICAS

Composición química:Es necesario saber los componentes de los materiales para conocer sus propiedades.

Estabilidad: La capacidad de ciertos materiales de oponerse a los agentes exteriores que quiera alterar sus propiedades.

PROPIEDADES MECÁNICAS

Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan fuerzas sobre ellos. Las más importantes son:

Elasticidad: Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformara.

Plasticidad: Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deformado. Es opuesto a la elasticidad.

Ductilidad: Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro, aluminio, etcétera).

Maleabilidad: Aptitud de un material para extenderse en láminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc.).Aluminio.

Dureza: Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar openetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste.

Tenacidad: Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación.

Fluencia: Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de veces.

Rigidez: Cuando no se deforman los materiales.

Isotropía: Capacidad de ciertos materiales de producir la misma resistencia frente a fuerzas en diferentes sentidos. Lo contrario es la anisotropía como la madera.

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