FUNDACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICO

COMFENALCO

Introducción a la ciencias e ingeniería de los materiales

AUTORES:

Teresa Barrios De La Cruz

Adrián Ospino

TUTOR:

ING. Alfredo Pájaro

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS

VIII SEMESTRE

CARTAGENA DE INDIAS, 25 DE agosto DE 2022

1. ¿Qué son los materiales? Enumere ocho materiales de empleo generalizado en ingeniería.
Los materiales pueden ser definidos como sustancias de las que algo está compuesto o hecho,
Actualmente la producción de nuevos materiales constituye una parte importante de nuestra
economía actual, los ingenieros diseñan la mayoría de los productos manufacturados y hacen parte
de este proceso teniendo en cuenta la clasificación de todos los materiales en función de sus
propiedades y su estructura atómica.
La mayoría de los materiales utilizados en ingeniería están divididos en 5 grupos: metálicos,
poliméricos (plásticos), cerámicos, compuestos y electrónicos. Tales pueden ser procesados
mediante: fundición, mecanizado, unión deformación etc.

Materiales metálicos
Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestos de uno o más elementos
metálicos, pudiendo también contener algunos elementos no metálicos. Ejemplos de elementos
metálicos son: hierro, cobre, aluminio, níquel y titanio. Elementos no metálicos, como: carbono,
nitrógeno y oxígeno, poseen las siguientes características:
• Están conformados por enlaces metálicos
• Tienen una estructura cristalina
• Se clasifican en ferrosos y no ferrosos
• Generalmente tienen buena conductividad térmica y eléctrica.
Materiales poliméricos
La mayoría están formados por largas cadenas o redes de moléculas orgánicas. Estructuralmente, la
mayoría de los materiales poliméricos no son cristalinos, pero algunos constan de mezclas de
regiones cristalinas y no cristalinas. La resistencia y ductilidad de estos materiales varía
ostensiblemente. Debido a la naturaleza de su estructura interna, la mayoría son malos conductores
de la electricidad, algunos de estos materiales son buenos aislantes eléctricos y están conformados
por enlaces covalentes. En general los materiales poliméricos tienen bajas densidades y
relativamente bajas temperaturas de reblandecimiento o descomposición.
Materiales cerámicos Son inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos
cohesionados químicamente, pueden ser cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos. La mayoría
de los materiales cerámicos tienen elevada dureza y alta resistencia a altas temperaturas pero
tienden a ser frágiles. Las ventajas de los materiales cerámicos para su uso técnico se resumen en
bajo peso, alta resistencia y dureza, alta resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y
propiedades aislantes.
Las propiedades aislantes, junto con la alta resistencia al calor y al desgaste de muchos materiales
cerámicos, los hace útiles en revestimiento de hornos para tratamientos térmicos y fusión de metales
como el acero. Una importante aplicación de los cerámicos son las losetas cerámicas del
transbordador espacial. Estos componentes protegen térmicamente la estructura interna del aluminio
del transbordador durante el lanzamiento y la reentrada en la atmosfera terrestre.
Materiales compuestos
Son mezclas de dos o más materiales. La mayoría de ellos constan de un determinado material de
refuerzo y una resina aglomerante compatible con el objeto de obtener las características específicas
y propiedades deseadas.
Normalmente, los componentes no se disuelven recíprocamente y pueden ser identificados
físicamente gracias a la interface éntrelos mismos. Los materiales compuestos pueden ser de
muchos tipos. Los que predominan son los fibrosos (compuestos de fibra en una matriz).
Existen muchas combinaciones de diferentes materiales de refuerzo y matrices que se pueden usar
para producir materiales compuestos. Dos clases de materiales compuestos modernos son la fibra de
vidrio que refuerza una matriz de poliéster o de resina epoxi y las fibras de carbono en una matriz
epoxídica
Materiales electrónicos
No son importantes por su volumen, pero si extraordinariamente importantes por su avanzada
tecnología, el más importante es el silicio puro, al que se puede modificar de distintos modos para
cambiar sus características eléctricas. Muchísimos circuitos electrónicos complejos se pueden
miniaturizar en un chip de silicio de aproximadamente ¾ de pulgada cuadrada.
Los dispositivos microelectrónicos han hecho posibles nuevos productos, como los satélites de
comunicaciones, los ordenadores avanzados, las calculadoras de bolsillo, los relojes digitales y los
robots para soldar.
2. Explique brevemente si cree que hay diferencias entre Ciencia e Ingeniería de los materiales,
claro en su respuesta.
Si tiene diferencias porque la ciencia de los materiales se dedica principalmente a la búsqueda de
conocimientos básicos sobre la estructura interna, propiedades y procesado de los materiales. La
ingeniería de materiales está relacionada con el uso de los conocimientos fundamentales y aplicados
sobre los materiales, de modo que los materiales pueden ser convertidos en productos necesarios o
requeridos por la sociedad. Entonces cada una tiene como objetivo clave la ciencia de materiales tiene
como fin básico el conocimiento del conjunto de materiales existentes, y la ingeniería de materiales
tiene como objetivo el conjunto de los conocimientos aplicados.
3. Cuáles son los 5 grupos de materiales definidos en la ingeniería de los materiales, defina las
principales características de cada uno de ellos.
Los 5 grupos de MATERIALES DEFINIDOS en la ingeniería de materiales son:
Metales, Cerámicos, Polímeros, Materiales Compuestos, Semiconductores

Metales

Se basan en una red cristalina regular de un único elemento metálico, en la que pueden mezclarse
cantidades variables de uno o más metales distintos u otros compuestos (aleaciones). El
enlace metálico se caracteriza por no fijar los electrones a ningún átomo en concreto, de lo
que se deriva su buena conductividad eléctrica y térmica. Las propiedades más destacadas de
los metales usuales son:
- Densidad relativamente elevada (1,75÷9,00 Mg/m3)
- Resistencia mecánica elevada (50÷2500 MPa)
- Rigidez elevada (40÷240 GPa)
- Buena ductilidad
- Conductividad eléctrica y térmica elevadas
- Estabilidad química de media a baja

Polímeros

Se basan en macromoléculas orgánicas resultado de la polimerización de uno o más monómeros,

con la incorporación de varios tipos de aditivos. Los enlaces son de tipo covalente, lo que
no facilita la conductividad eléctrica ni térmica. Los materiales basados en polímeros incluyen
los plásticos, los elastómeros y muchos de los componentes de los materiales compuestos (la
mayor parte de las matrices y algunas fibras). Las propiedades más destacadas son:
- Densidad baja (0,85÷2,20 Mg/m3)
- Resistencia mecánica baja (1÷100 MPa)
- Rigidez baja o muy baja (0,001÷10 GPa)
- Buena ductilidad (excepto los plásticos termoestables y elastómeros termoestables)
- Conductividad eléctrica y térmica muy bajas (fuera de excepciones)
- Estabilidad química elevada

Cerámicas

Se basan en compuestos químicos de composición fija formados por metales y no metales.

Tienen una gran variedad de composiciones químicas que se reflejan en una gran diversidad
de estructuras cristalinas, dado que en general los átomos que forman la red son distintos. Las
propiedades más destacadas son:
- Densidad relativamente baja (2,20÷5,60 Mg/m3)
- Resistencia mecánica moderadamente elevada (50÷850 MPa)
- Rigidez muy elevada (60÷460 GPa)
- Gran fragilidad
- Conductividad eléctrica y térmica bajas
- Estabilidad química muy elevada

4. Escoja un tipo de material conocido y explique brevemente por lo menos 5 propiedades,

función (para que sirve), ensayos experimentales (como se pueden medir experimentalmente) y
muestre sus unidades correspondientes.
MATERIA PROPIEDADES ENSAYO UNIDADES NORMA
L EXPERIMENTALE
S
CONCRET RESISTENCIA A LA 20 MPa y 40 Internacional: ASTM
O COMPRESIÓN MPa 3000 C39 Norma
Ensayo de Compresión psi y 6000 técnica colombiana:
psi NTC 673
 RESISTENCIA A LA 2,5 MPa y Internacional: ASTM
TRACCIÓN O 3,1 MPa 360 C496 Norma
TENSIÓN Compresión diametral psi y 450 psi técnica colombiana:
INDIRECTA O NTC 722
RESISTENCIA A LA Resistencia a la Lb/in2 Internacional: ASTM
FLEXIÓN Flexión C78

Prueba de contenido
COMPACTABILIDA de Aire -Exudación N/A Internacional: ASTM C-
D 232

TRABAJABILIDAD Ensayo de N/A Internacional: ASTM

Revenimiento C143-78

5. Diseñe y seleccione un material para fabricar una taza de café, que propiedades en particular
debería tener ese material y cuáles NO. Realiza un cuadro comparativo entre esas propiedades.

Diseño
El diseño ideal de una taza de café es el que presenta una base interior redondeada. Esta
forma favorece la caída del café de manera suave y la conservación de la crema, un
elemento fundamental para mantener los aromas y formar un tapón térmico que retarde
el enfriamiento del café. En la foto que acompaña este artículo se puede ver en detalle una
de estas tazas en su corte longitudinal.

Material
Todo esto es más relevante y aumenta su eficacia cuando el material de la taza es porcelana,
vitrificada como mínimo a 1.350 ºC. Esta es la temperatura de vitrificado de la pasta y el esmalte en
un solo cuerpo, lo que se aprecia con la translucidez propia de este material. Esta vitrificación del
material cerámico repercute directamente en el resultado final de la taza, otorgando a las piezas de:
1.- Máxima dureza y resistencia al desgaste por uso, al rallado y esmerilado de la vajilla. Esto incide
directamente en su vida útil en el establecimiento hostelero.
2.- Nitidez, blancura y brillo, que aportan una agradable sensación a la vista y al tacto.
3.- Brillo impecable de la decoración, gracias a la posibilidad de someter a la taza a temperaturas de
hasta 1.000 ºC para transferir la calca. Esta operación realizada a estos grados, lo habitual es entre
900 y 1.000 ºC, garantiza la transferencia al motivo aplicado de un brillo impecable y nítido,
resaltando, además, el blanco puro de la porcelana y alargando la vida de la decoración.

Criterios en la Elección para la Elaboración de un Material

1. Se debe caracterizar las condiciones en el que el material prestara el servicio, y se anotaran las
propiedades requeridas por el material para dicho servicio.
2. La segunda consideración se refiere a la degradación que el material experimenta en servicio. Por
ejemplo, las elevadas temperaturas y los ambientes corrosivos disminuyen considerablemente la
resistencia mecánica.
3. Es la consideración más conveniente y nos referimos a la económica. Un material pueda que
reúna un conjunto idóneo de propiedades, pero resulte caro.

Propiedades a tener en cuenta Propiedades que no se deben tener en cuenta

Térmica: la capacidad calorífica y la

conductividad térmica se deben tener en
cuenta a la hora de diseñar una taza de café,
puesto que el café se caracteriza por servirse
caliente, por lo cual el material que lo Eléctrica: la conductividad eléctrica es un
contenga debe ser capaz de conservar el factor que no se tiene en cuenta para realizar
calor, como también cumplir el factor de no una taza de café.
conducir el calor hacia el medio para que el
receptor no se queme a la hora de agarrar la
taza de café.

Química: un material que no sea Reactivo Magnético: el café no genera un campo

con las sustancias involucradas del producto magnético.
final.
Mecánicas: Resistencia. Ópticas: no estamos en una condición que
incluya luz.
6. Mencione algunos cambios en el empleo de materiales que haya observado, durante un
periodo, en algunos productos manufacturados. ¿Qué razones puede dar para explicar los
cambios ocurridos?

Materiales electrónicos:
El empleo del silicio y otros materiales semiconductores en la electrónica de estado sólido y en la
microelectrónica, ha demostrado un enorme crecimiento desde 1970, y se espera que esta tendencia
continue. Han sido espectaculares los efectos de las computadoras y otros tipos de equipos
industriales que emplean circuitos integrados fabricados con chips de silicio.
A lo largo de un periodo surgen muchos factores que hacen posible la sustitución de un material por
otro en determinadas aplicaciones. El costo es, por supuesto, un factor. Si se hace un
descubrimiento importante en el procesado de determinación tipo material, de modo que sus
aplicaciones. Otro factor que da lugar a la sustitución de los materiales es el descubrimiento de un
material nuevo con propiedades especiales.
A pesar de los espectaculares progresos en el conocimiento y en el desarrollo de los materiales en
los últimos años, el permanente desafío tecnológico requiere materiales cada vez más sofisticados y
especializados, como, por ejemplo, se sabe que el transporte consumen cantidades significativas de
energía, por lo cual la disminución del peso de los vehículos de transporte (automóviles, aviones,
trenes, etc.) y el aumento de la temperatura de funcionamiento de los motores mejoran el
rendimiento del combustible, por eso fue necesario desarrollar nuevos materiales con elevada
resistencia y baja densidad, así como materiales capaces de soportar elevadas temperaturas, para
fabricar componentes de motores.
La historia del automóvil, paso por varias etapas como también por materiales, si analizamos el
primer automóvil impulsado por un motor a combustión interna y con componentes eléctrico, fue el
desarrollado por el Ingeniero Karl Benz, el cual diseñó su primer modelo, llamado Benz Patent-
Motorwagen en Mannheim en 1885. Este auto en su totalidad estaba conformado por madera y
metales, paralelamente luego que apareciera el primer vehículo que contaba de materiales como
madera, caucho, hierro, acero, vemos que en la actualidad los vehículos son menos pesados por el
tipo de material que utilizan como plásticos, aluminio, caucho, latón, materiales semiconductores
entre otros, donde se busca un ahorro económico y energético
Referencias bibliográficas

Donald, R. Fulay, P. Wright, W. (2011). Ciencia e Ingeniería de Materiales. México: Cengage.

Recuperado de: http://recursosbiblio.url.edu.gt/Libros/2013/cmI/2-cincia-materiales.pdf

Recuperado de: https://osvaldoweb.files.wordpress.com/2016/04/ciencia-e-ingenieria-de-

materiales-sexta-edicic3b3n.pdf

Recuperado de: https://www.sistemamid.com/panel/uploads/biblioteca/2014-08-14_06-55-

05108626.pdf