CIENCIA y TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES (IN175)

Tarea del laboratorio1-Identificación de materiales

Ciclo 2020-2
Profesor: Waldo Balarezo Fernández
Integrantes:
- Chavez Chavez, Diego Manuel.
- Quea Pinto, Steffani.
- Moraga Espinoza, Ricardo Alberto.
- Santillán Trigoso, Brian Gianpierre.
- Serrano Vargas, David Raúl.
- Carpio Vásquez, Richard Sebastián.

1- Realice un mapa conceptual del siguiente video: Clasificación de Materiales

https://www.youtube.com/watch?v=lNGZ0e4XN5U&t=66s 2 puntos
2- Realice un resumen de los siguientes videos
Los materiales y la humanidad. Parte 1: https://www.youtube.com/watch?
v=2JqyeY9eW3U&t=149s 3 puntos Los materiales y la
humanidad. Parte 2.
https://www.youtube.com/watch?v=8--Nmvcy-cg&t=2s
Se debe desarrollar asociando fecha o épocas, países, continentes acontecimientos
y presencia de los materiales.
3- Indique los materiales (componentes) con que son fabricados los siguientes
productos:
a) Monoblock de un motor en un vehículo a combustión.
b) Cuchilla de una licuadora. 3 puntos
c) Hornillas de las cocinas.
d) Resistencia eléctrica de la terma para agua caliente.
e) Grifería (“caños”) para agua.
f) Resortes para los colchones
4- Indique 3 aplicaciones en a y b, donde los productos requiera: 2 puntos
a) De una alta conductividad térmica
b) Una baja expansión térmica
1) Mapa conceptual:
2) Resúmenes:

a. Primer video:

Empezamos con la piedra, la cual se usó para defenderse, cazar y herramientas. El

golpe de las piedras produjo chispas y desde ese entonces los hombres primitivos
conocieron el fuego; Resultó útil para iluminarse, cocinar alimentos, protegerse del
frio y buscar materiales en túneles y cavernas. Desde ese entonces empieza la
industria minera y la alfarería, para crear recipientes y conservar alimentos. Los
hornos de aquel entonces sirvieron para iniciar con la metalurgia.
Desde África, la cuna de la tecnología, los hombres de aquel entonces partían
hacia diferentes sitios del mundo compartiendo sus habilidades y conocimientos
adquiridos a lo largo de la historia.

Edades de la prehistoria según los materiales:

Edad de piedra: Otra prueba de que las edades se dieron en distintos tiempos la
encontramos en la isla de Pascua con los Moais (700 d. C – 1600 d. C)
¿Cómo pasamos de la edad de piedra a la edad del cobre? Simplemente por
golpes: El hombre primitivo que contempló las brasas del fuego descubrió que, si
se exponían a una corriente de aire, aumentaban el brillo y calor en el horno.
Asimismo, si uno de los minerales del horno era de cobre, este se reducía a cobre
metálico y se fundía; y al apagar el horno se habrían encontrado con glóbulos
metálicos rojizos, los cuales podía deformarlos golpeándolo con una piedra; del
mismo modo, si juntaba varios de estos glóbulos metálicos y los fundían juntos
podían, entonces, fabricar piezas como espadas, hachas y puntas de flechas. A
diferencia de las piedras, estas herramientas eran menos frágiles y podían optar
por formas imposibles en la piedra.
Edad de cobre: Se desarrolló en América del sur independientemente de Europa o
de Asia. La Edad de cobre empezó en Asia en 4300 a. C y en Perú, 1000 a. C. Un
hallazgo del hombre en la edad de cobre fue Ótzi, el hombre de los hielos, Italia.
Junto a su cuerpo congelado se encontraron herramientas y armas de cobre.
Edad de bronce: La extensa distancia geográfica entre continentes impidió que
ciertas tecnologías llegaran antes; por ejemplo, la edad de bronce en la actual
Tailandia era conocida a 4500 a. C y en zonas del Asia menos a 3000 a. C. En el
Valle del Indo (3300 a. C) los pobladores mejoraron las propiedades del cobre
añadiendo estaño, lo cual para nosotros es conocido como bronce. Esta aleación
es un material que funde fácilmente y más duro que el cobre; sin embargo, los
minerales de cobre no son abundantes para encarar construcciones a gran escala.
La Isla de Chipre se convirtió en fuente importante de cobre; las islas británicas, del
estaño.
Edad de hierro: Se inicio en América en 1492 con el descubrimiento del
continente; a otras regiones como Australia y la Polinesia, en el siglo (XVII), tardó
en llegar hasta que el metal fuese difundido por los europeos. El retraso para entrar
a esta era se debe a que los hornos no tenían la capacidad de alcanzar las
temperaturas necesarias para fundir el hierro (1535°C). En los primitivos hornos de
cerámica, el mineral de hierro reaccionaba con el calor, pero este se convertía en
metal y quedaba reducido a la forma de esponja con sus poros llenos de escoria.
Fueron Los Hititas quienes descubrieron la forma de trabajar con el hierro
golpeando mientras están calientes, de tal manera que eliminen la escoria para
dejar una pieza metálica sólida (1000-2000 a. C). El hierro es más duro que el
bronce y sus compuestos existen en abundancia. Cuando el hierro pudo ser
fundido, remplazó a las piedras en las estructuras de los puentes y maquinas
impensadas para la época (máquinas de vapor); asimismo, se descubrieron nuevos
materiales como el aluminio y el titanio. La clave para la producción de materiales
de vidrio fue el hierro, ya que el vidrio fundido junto con el tubo de hierro permitía
realizar la técnica del soplado y este material presenta una baja conductividad
térmica y alto punto de fusión.
“La adopción de una tecnología indica superioridad y dominio”
Aluminio: Provocó gran influencia en las actividades del hombre, abrió
innumerables posibilidades y tiene presencia en la vida cotidiana. Fue en 1886
cuando se desarrolló el método para producirlo de manera económica y fue
fundamental para la industria aeronáutica.

b. Segundo video:

El Titanio.
El titanio fue descubierto en 1791, pero recién en 1945 pudo ser producido
mediante métodos químicos. Comparte la dureza del hacer; sin embargo, es más
liviano que este, además es altamente resistente a la corrosión. Gracias a su bajo
peso y su alta resistencia mecánica, el titanio permitió la llegada del hombre a la
luna. No es tóxico en el cuerpo humano, ya que sobre titanio oxidado puede crecer
tejido óseo; gracias a este descubrimiento pudo ser utilizado en implantes. El
titanio, como mineral, ocupa el noveno lugar de los elementos más abundantes en
la corteza terrestre, y es el cuarto metal más abundante.

La Piedra.
En la industria de la construcción se utiliza la piedra como principal componente del
hormigón o en forma de placas con diferentes formas, tamaños, colores, etc.
El Cobre.
Al poseer una alta conductividad eléctrica, se pudo desarrollar generadores de
electricidad con bobinas de cobre que funcionan en estructuras de hierro.

La Porcelana.
La producción de la porcelana fue impulsada por Augusto II, gobernante de
Sajonia. Convirtió a Dresde, capital de Sajonia, en la ciudad más bella de Europa.
Su admiración por las piezas de porcelana provenientes de China y de Japón incitó
la fabricación en Sajonia y le encargó el trabajo a Ehrenfrien Walter Von
Tschirnhaus (físico, médico y matemático de la época). Dicho personaje, apoyado
por un alquimista, descubrió el llamado Oro Blanco, en el año 1708. Este material
es un excelente aislador eléctrico por lo que es frecuente su uso en equipamientos
de alto voltaje; también es utilizado en arquitectura en paneles de recubrimiento y,
en odontología, para piezas dentales.

La Radio.
Norte América – 1859
A la edad de 12 años, Thomas Alva Edison le salvó la vida al hijo del jefe de una
estación de tren y como retribución recibió un curso de telegrafía. Esto marcó el
inicio de su carrera como inventor de la bombilla eléctrica, del generador eléctrico,
del fonógrafo entre otros. A esto se sumó Guglielmo Marconi, considerado el
creador de la radio. En 1901, fue el primer hombre en enviar señales de radio por
el atlántico, de esta manera se lograron salvar futuras vidas como en el caso del
Titanic. Dicha radio estaba fabricada alambres de cobre, goma, porcelana, hierro
galvanizado, tela, vidrio, madera y un componente fundamental: las válvulas
termoiónicas.

La Computadora.
Los físicos descubrieron que los tubos de vacío que usaba la radio podían ser
usados para procesar información y, a fines de 1940, se construyeron las primeras
computadoras. Estas estaban compuestas por más de 10000 tubos de vacío
funcionando con filamentos incandescentes motivo por el cual se requería de
muchísima energía y un cuarto enorme. El ENIAC (computador e integrador
numérico electrónico) poseía 17468 tubos de vacío; pesaba 27 toneladas y
ocupaba 167m2. Existía un problema, y es que los filamentos de los tubos de vacío
se quemaban y el funcionamiento de la maquina entre falla y falla era de 1 hora.

Transistores.
Los metalurgistas lograron descubrir un método nuevo para la generación de
metales muy puros: la técnica de fusión zonal. Dicha técnica sirvió para producir
germanios y silicios muy puros con los cuales los físicos lograron controlar las
propiedades eléctricas y, en 1947, se desarrollaron los transistores. El transistor
cumple las mismas funciones que los tubos de vacío, pero con menor consumo
energético, un menor tamaño y sin el problema de que estos se quemen. Para
lograr reemplazar las válvulas de la ENIAC, se requerían soldar alrededor de
17500 transistores; por este motivo se desarrollaron los circuitos integrados (1958)
lo que permitió incorporar millones de transistores en una sola placa de silicio.

El Silicio.
El silicio es un semiconductor en su estado puro, ya que posee las propiedades
eléctricas de un conductor como el cobre y la de un aislante como la porcelana.
Actualmente es posible soldar muchísimos transistores para formar circuitos
integrados sobre una placa de silicio. Estas placas son la base de funcionamiento
de las computadoras actuales (alrededor de 400 millones de transistores).
California, sede de numerosas empresas electrónicas, es conocida mundialmente
como Silicon Valley.

El plástico.
Para 1912 ya se conocía la existencia de la goma y el celuloide. Durante la
segunda guerra mundial se hicieron grandes esfuerzos para desarrollar polímeros
a fin de reemplazar el caucho natural por uno sintético. En 1956 la humanidad ya
se había familiarizado con los plásticos. El primer plástico sintético desarrollado fue
la Bakelita. El Nylon fue introducido 30 años después con el objetivo de reemplazar
la fibra de seda.

Politetrafluoetileno/Teflón.
El teflón es un polímero utilizado cotidianamente en la cocina, revestimiento de
cables y en tuberías. Está compuesto una cadena de átomos de carbono similar al
polietileno; la diferencia es que en el polietileno las partículas de carbono están
unidas a dos partículas de hidrogeno y en el teflón a dos partículas de flúor.

Vidrio.
En la antigüedad era utilizado a modo decorativo. Varios años después se empezó
a usar en la cotidianidad, construcciones, aplicaciones ópticas y vidrios resistentes
a cambios de temperatura aptos para cocinar. Entre 1970 y 1980 se logró construir
fibras ópticas capaces de conducir señales luminosas a muchos kilómetros de
distancia. A comparación del cobre, la fibra óptica resulto mucho más eficiente en
transmitir información. La fibra óptica pudo transmitir el equivalente 24000 llamadas
telefónicas en simultáneo.

Materiales compuestos.
Se componen de la matriz de un determinado material base junto con las fibras de
otro. Las propiedades mecánicas de esta combinación son superiores a las de los
materiales por separado. Esta técnica de materiales reforzados por fibra no es
nueva. El adobe, material base que utilizaban los antiguos egipcios, estaba por
bloques de barro mezclados con pasto. La fibra de carbono es un ejemplo actual
 con la que se refuerzan metales, se construyen hélices de energía eólica o se
aplica en la tecnología aeroespacial.

Materiales con memoria y Nano materiales.

Los materiales con memoria fueron descubiertos por accidente al desarrollar una
aleación de níquel y titanio llamada nitinol. Durante una demostración, se sometió a
deformación un alambre de dicho material y se comprobó que no se rompía, lo
curioso ocurrió cuando a alguien decidió calentar el alambre deformado y este se
enderezó hasta que recupero su forma. Posteriormente, se hallaron más de 10
aleaciones con esta propiedad. Un nanómetro representa la millonésima parte de
un milímetro. Los nanos materiales son básicamente los materiales que
conocemos, pero reducidos a unos pocos átomos estos cambian
considerablemente sus propiedades ópticas, eléctricas y térmicas.

3) Componentes de los siguientes objetos:

a) Monoblock de un motor en un vehículo a combustión.

 Aleacion de aluminio
 Fundición de grafito compactado
 Aleacion de fundición gris.

b) Cuchilla de una licuadora.

 Acero Inoxidable

c) Hornillas de las cocinas.

 Acero Inoxidable (mayor resistencia y durabilidad)

d) Resistencia eléctrica de la terma para agua caliente.

Existen dos tipos de resistencia:
 Resistencias sumergidas
 Resistencias en seco o cerámica

Resistencias sumergidas:
 Cobre (resistencia)
 Estaño o latón (brida)
 Latón pulido (terminales faston)
Resistencias en seco o cerámica:
  Cerámica refractaria (cilindros)
 Acero esmaltado (soporte)
 Latón pulido (terminales faston)

e) Grifería (“caños”) para agua.

 Latón cromado
 Acero inoxidable

f) Resortes para los colchones

 Acero (alambre 2mm de espesor)

4) Aplicaciones para los siguientes productos:

a) De una alta conductividad térmica:

 Plata:
Es extremadamente resistente a los agentes de corrosión y son
semiconductores de alta velocidad por su buena conductividad. La utilidad
más usual es en fusibles para circuitos eléctricos para evitar los efectos
tóxicos del plomo., También se usa en interruptores por la mínima intensidad
de la alta conductividad térmica y eléctrica. La plata puede alcanzar hasta
429 W/(m/K), esto se da por su alta conductividad térmica.

 Cobre:
Los productos que frecuentemente posee cobre son los disipadores de
calor, sartenes, y tuberías de agua caliente, ya que tiene una efectividad
para minimizar la pérdida de energía en la transferencia de calor. El cobre
es el segundo material de conductividad térmica después de la plata y llega
hasta 398 W/(m/K).

 Diamante:
Es el material más duro conocido científicamente, se utiliza habitualmente
en los procesos industriales de la electrónica en la disipación controlada del
calor con lo que cuida a los mecanismos de sensibilidad del
sobrecalentamiento, así mismo la conductividad se utiliza para detección
de la autenticidad de los diamantes para su uso en joyas. El diamante se
establece en una temperatura ambiente entre 20 y 25 °C. También posee
una gran capacidad térmica que consigue de 2000 a 2200 W/(m/K).
b) Una baja expansión térmica:
 Perla expandida
Es una roca volcánica que contiene de 2% a 5 % de agua ligada. y es una
sustancia química compuesta básicamente por sílice y aluminio, pero
contiene algunas impurezas, como Na2O, CaO, MgO y K2O. La perlita
expandida posee una densidad de 130 kg/m3 y una conductividad térmica
de 0,047 W·m-1·°C-1. Posee una eficacia aislante, pero sólo se usa cuando
está seca o en forma de gránulos sueltos. Los gránulos de perlita tienden a
absorber humedad y sus propiedades permiten que pueda ser usado para el
aislamiento térmico.

 Espuma de poliuretano expandido:

Es un de los mejores aislantes disponibles del mercado de pesca. Tienen
altas propiedades termoaislantes, una baja permeabilidad al vapor de agua,
una alta resistencia a la absorción de agua, una resistencia mecánica alta y
una baja densidad. Esto se debe a las propiedades del poliuretano el cual se
emplea como ahilaste térmico.

 Madera:
La conductividad térmica de la madera es relativamente baja debido a su
porosidad y disminuye a medida que aumenta la densidad de la madera.  El
promedio del calor específico de una madera del pino y del abeto esta de 0
a 100 °C con 2300 J/kg °C. Esto es por ser excelente aislante térmico
debido a su contextura celular en el que de los más principales elementos es
la celulosa logrando ser polisacárido que es la mitad de la madera.