MATERIALES METALICOS: El Hierro: El hierro en estado puro (menos de 0,008 % de carbono) tiene estas propiedades: Es un metal muy tenaz y flexible, dctil y maleable. Es buen conductor del calor y la electricidad. Su punto de fusin es 1535 C. La temperatura de fusin disminuye al aumentar el contenido en carbono. Cristaliza en sistema cbico y muestra polimorfismo y alotropa. Existen 2 variedades fundamentales del hierro. Uno cristaliza en sistema cbico centrado en el cuerpo. Es el ms blando de los constituyentes del hierro. Y el otro cristaliza en sistema cbico centrado en las caras. Es el ms denso de los constituyentes del hierro, es amagntico y blando. Es capaz de disolver carbono en proporcin inferior a 1,8% por lo que es la nica variedad alotrpica transformable en acero. Los aceros para construccin suelen superar el 0,25% de contenido en carbono. Siderurgia: Materia Prima para la obtencin de hierro: Minerales Ferrosos: xidos anhidros o hidratados. Carbonatos. Sulfuros. Silicatos. Fundentes: son los materiales que se combinan con la ganga (impurezas) para dejar libre la mena. Al producto resultante de la fusin se le llama Escoria. Combustibles: Coque: mezcla de carbones minerales. Poder calorfico de 6500 Kcal/Kg. El Alto Horno: Tienen un perfil de dos troncos de cono unidos por sus bases mayores. La parte superior es la cuba y la inferior el etalaje. La interseccin de los dos se llama vientre. En el fondo del etalaje se halla el crisol, donde se recoge el metal fundido y las escorias. Aqu estn las toberas, unos orificios que regulan el aire procedente de las estufas cooper o recuperadoras de calor. En el fondo del crisol se halla la piquera, orificio por donde sangran las fundiciones; y ms arriba una o dos bigoteras por donde sangran las escorias (por ser menos densas). Obtencin del arrabio: Por el tragante se introducen alternativamente cargas de coque y mineral mezclado con fundentes. En la parte baja del horno los gases de combustin del coque alcanzan una temperatura prxima a los 2000 C. La carga slida va sufriendo una serie de transformaciones en su composicin: los xidos se reducen y el oxigeno liberado se combina con el carbono que se van por arriba gracias a la corriente de aire de las toberas. 39

El hierro fundido va a parar al crisol. All se recogen tambin las gangas que se combinan con los fundentes pasando a formar escorias. El lquido que se recoge en el crisol es el arrabio de 1 fundicin y sobre l las escorias con las impurezas flotando. Algunas impurezas se mezclan con el hierro obtenido siendo algunas perjudiciales. Productos obtenidos del alto horno: Fundicin, arrabio o lingote de 1 fusin: El arrabio es una aleacin hierrocarbono compuesta en su mayor parte por hierro (90 o 95 %). Tambin aparecen restos de silicio y otros elementos procedentes de la ganga. Segn su color se clasifican en: Fundicin gris: contiene del 3 a 4,5 % de carbono del cual el 0,6 % est combinado y el resto se encuentra libre en forma de escamas de grafito. Se dilata al solidificarse por eso es adecuado para el moldeo. Fundicin blanca: contiene del 2,5 a 3 % de carbono totalmente combinado formando cementita, muy dura y frgil. Se emplea para la fabricacin del acero. Fundicin atruchada: es la fundicin intermedia resultado de la mezcla de las dos. Se emplea para la fabricacin del acero. Acero: contenido en carbono 0,008/0,031,78%. Hierro colado: de 1,78 a 7 %. Elaboracin del acero: A partir del arrabio obtenido en el horno o de chatarras se obtendr el acero. El procedimiento consiste en eliminar las impurezas y rebajar el contenido de carbono. A este proceso se le llama afino. El acero lquido puede tener tres destinos: Lingoteras. Colada continua. Moldes de piezas. Fuera del horno el acero se somete a varios procesos para mejorar sus caractersticas. Colada del acero: El acero se vierte sobre moldes de arena. Hay dos tipos de colada: colada convencional y colada continua. En la colada convencional el acero pasa por moldes prismticos de seccin cuadrada, rectangular, poligonal o de formas especiales. Los lingotes tienen una altura de 2 m y su peso vara desde 100 Kg. hasta 10 T. Los ms frecuentes oscilan entre 10 y 30 toneladas. Cuando se ha producido una solidificacin suficiente se introducen rpidamente en los hornos de fosa hasta que alcanzan la temperatura para su laminacin en el tren desbastador. Otros lingotes se destinan a ser conformados por forja. En la colada continua el acero lquido pasa por un molde desplazable que se refrigera por medio de chorros de agua con lo que se consigue una rpida solidificacin. Despus el acero se trocea en las longitudes deseadas mediante soplete. Sistemas de conformacin del acero: 40

Laminacin: el material pasa por dos cilindros que lo prensan en fro o caliente. En la laminacin en caliente se pueden conseguir mayores reducciones de seccin. Para obtener chapas finas se pasa repetidas veces por los cilindros. Forja y estampacin: consiste en dar forma a una barra o tocho mediante golpeo. Actualmente se utilizan pilones movidos por vapor o por prensas hidrulicas. La estampacin es un caso particular de forja en la que se golpea con una matriz con un hueco con una forma determinada. Moldeo: consiste en verter el acero lquido en moldes que reproducen la forma de la pieza. Tratamiento trmico: Un proceso de tratamiento trmico adecuado permite aumentar significativamente las propiedades mecnicas de dureza, tenacidad y resistencia mecnica del acero. Los tratamientos trmicos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades macroscpicas del acero tambin son alteradas. Los tratamientos trmicos que pueden aplicarse al acero son: Temple. Cementacin. Nitruracin. Revenido. Recocido. Cianuracin. Normalizado.

Clasificacin de los aceros: Aceros comunes. Aceros finos al carbono y aleados de gran resistencia: fabricados en general en hornos elctricos. Con contenidos de azufre y fsforo inferiores a 0,03%. En funcin del contenido de carbono distinguimos: extra dulce, dulce, semidulces, semiduros, duros, extra duros. Aceros finos de gran elasticidad para cementar y nitrurar: aceros para muelles ballestas: al carbono, manganosilceos, aleados. Aceros finos para usos especiales: Aceros de fcil mecanizacin: al azufre, al plomo o al fsforo. Aceros de fcil soldadura: Aceros con propiedades magnticas. Aceros de alta y baja dilatacin: Aceros resistentes a la fluencia. Aceros resistentes a la corrosin y oxidacin. Aceros semiinoxidables: aceros al cobre. Aceros inoxidables: Hierro o acero inoxidable. Cr 13% Aceros de cuchillera: C 0,3% y Cr 1214%. Aceros martensticos duros: Cr 17% y Molibdeno 0,5%. Aceros martensticos al Cr y Ni: Cr 1216% y Ni 1,53%. Ferrticos. Austenticos. Aceros refractarios. Aceros para imanes. Aceros para herramientas. Aceros al carbono. Aceros aleados. Aceros grafticos. Aceros rpidos. 41

Ensayos: Dureza: mtodos Brinell, Rockwell y Vickers. Traccin. Choque o resilencia. Plegado. Punzonado. Corte o cizalladura. Soldadura. Flexin. Torsin. Fluencia.

Metales no frreos: El aluminio: La obtencin del aluminio se realiza en dos fases: Separacin de la almina. Procedimiento de Bayer: se calientan las bauxitas para deshidratarlas despus de molidas. Se las ataca con leja de sosa en caliente y a presin para formar aluminato sdico, que se separa del resto de componentes de la bauxita. Seguidamente se procede a la separacin de la almina hidratada y del hidrxido de sodio mediante la hidrolizacin. Reduccin de la almina. Se disuelve en un bao de criolita con fundentes y por electrlisis con electrodos de carbn se separa el aluminio ya reducido: Propiedades del aluminio: Es un metal blanco, brillante, blando, muy ligero (densidad 2,699). Su punto de fusin es de 658 C. Aluminio de 99% de pureza tiene un alargamiento del 20% y el de 99,97% del 50%. Al puro tiene bajas resistencias mecnicas. Resiste la accin del vapor de agua y el ataque de cido ntrico concentrado. Es atacado por el cido sulfrico y clorhdrico, por el cido ntrico diluido y por las soluciones salinas. Aleaciones del aluminio: En general, los elementos no deben superar el 1215% pues a partir de estas concentraciones la aleacin es muy frgil. El Titanio se adiciona para afinar el grano mejorando las propiedades mecnicas. El Cobalto se aade para endurecer la aleacin. El Nitrgeno y el Cromo endurecen la aleacin y mejoran su resistencia a corrosin. El Magnesio por su ligereza y resistencia realiza aleaciones especiales. 42

El aluminio se utiliza para construcciones aeronuticas, de transporte... Tambin para puertas, ventanas, falsos techos, carpintera exterior, molduras, etc.

El cobre: Aparece en forma de sulfuros, xidos y carbonatos. Obtencin: Se lleva a cabo por dos vas: 1) Va seca: se realiza en 4 fases: a) Concentracin del mineral: para eliminar parte de la ganga. b) Eliminacin parcial del hierro: por tostacin incompleta. Elimina tambin azufre. El hierro se va en forma de xido quedando una masa de sulfuro de cobre llamada mata blanca. c) Oxidacin de la mata: en convertidores para eliminar el resto del hierro. El resultado es un cobre bruto o cobre negro de pureza 9098%. d) Afino del cobre: elimina impurezas, se lleva a cabo en hornos de reverbero. 2) Va hmeda. Propiedades del cobre: Es un metal de color rojizo ms o menos oscuro. Es un metal blando y su punto de fusin es de 1083C. Despus de la plata es el mejor conductor de la electricidad y el calor. Propiedades mecnicas: Es dctil y maleable. Tiene un alargamiento del 50%. Adquiere gran acritud cuando se deforma en fro. El Bronce: Aleacin de cobre y estao con un mnimo de cobre del 75%. Distinguimos: Bronce blando: poco contenido en estao. Bronce duro: alto contenido en estao. Su peso especfico vara desde 7,2 a 8,9 segn el porcentaje de estao. El Latn: Aleacin de cobre y cinc con un mximo de 50% en Zn. Su color vara en funcin del contenido de cinc (de gris oscuro a rojo amarillento). Resiste mal los cidos sulfricos y clorhdricos. Es menos resistente que el cobre a la accin de agentes atmosfricos y resiste durante bastante tiempo la accin del agua del mar.

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CERAMICOS Son materiales inorgnicos, no metlicos, procesados a alta temperatura. Son materiales de estructura amorfa. Hasta hace poco los ms importantes, se componen principalmente de: arcilla, slice y feldespato. Se utiliza para la fabricacin de ladrillos, tejas, etc. En general, los materiales cermicos son duros y frgiles con baja tenacidad y ductilidad, con alto punto de fusin y bajas conductividades elctrica y trmica, y alta resistencia a esfuerzos de compresin. Estructura de las cermicas: Estructura de cermicas con enlace inico El enlace inico da lugar a estructuras compactas que siguen dos reglas: la de la carga elctrica (el cristal sea neutro) y la de los tamaos relativo de los aniones y cationes, que establece el nmero de coordinacin (NC) (que es el nmero de aniones que rodea a un catin) que determina el cociente entre el radio del catin y el del anin. Esta regla establece la geometra necesaria para que el catin permanezca en contacto con los aniones que le rodean. Las situaciones ms estables corresponden a las de NC mayor. Estructura de cermicas con enlace covalente. Su NC es normalmente 4 siendo la ms representativa el diamante. El enlace impone condiciones de tipo direccional afectando a los tomos ms cercanos. Las molculas se pueden unir entre s formando polmeros si son orgnicos o silicatos si son inorgnicos. En el diamante cada tomo de carbono est rodeado por otros cuatro, situado en los vrtices de un tetraedro. Su estructura corresponde a CCC. El grafito es una forma polimorfa del carbono y tiene una estructura HC formando planos que estn unidos entre s por dbiles fuerzas pudiendo desplazarse. Propiedades de los cermicos: Propiedades mecnicas. Tienen un mdulo de elasticidad bien definido siendo superior al de los metales. Son materiales duros, alta resistencia a ser deformados ya que presentan mucha resistencia al movimiento de dislocaciones, baja tenacidad a la fractura. Tienen elevada resistencia a la compresin si la comparamos con los metales incluso a temperaturas altas (hasta 1.500 C). Bajo cargas de compresin las grietas incipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas de traccin o cizalladura las grietas tienden a separarse, dando lugar a la fractura.

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Los valores de tenacidad de fractura en los materiales cermicos son muy bajos, pero pueden ser aumentados considerablemente mediante mtodos como el reforzamiento mediante fibras. Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades mecnicas a altas temperaturas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas. Propiedades trmicas. Tienen un alto punto de fusin, con lo que se utilizan como material refractario. Algunos materiales cermicos pueden soportar temperaturas extremadamente altas sin perder su solidez. Son los denominados materiales refractarios. Generalmente tienen baja conductividad trmica por lo que son empleados como aislantes. Por ejemplo, partes de los cohetes espaciales son construidos de azulejos cermicos que protegen la nave de las altas temperaturas causadas durante la entrada a la atmsfera. Por lo general los materiales cermicos presentan un buen comportamiento a alta temperatura mientras que pueden sufrir roturas por choque trmico a temperaturas inferiores. Tal vez sea sorprendente que estos materiales puedan ser usados a temperaturas en donde se lican parcialmente. Propiedades elctricas y magnticas. Presentan gran resistividad elctrica por lo que se utilizan como aislantes elctricos. Los materiales piezoelctricos convierten seales de presin en seales elctricas y viceversa. Procesado de los materiales cermicos. Las cermicas no cristalinas (vidriosas) suelen ser formadas de fundiciones. El vidrio es formado por cualquiera de los siguientes mtodos: soplado, prensado, laminado, estirado, colado o flotado y galvanizado. Los materiales cermicos cristalinos no son susceptibles de un variado rango de procesado. VIDRIOS Son materiales cermicos en forma amorfa. El vidrio es un material inorgnico duro, frgil y transparente. Los vidrios ms importantes se forman generalmente de slice. Para modificar las propiedades de los vidrios se introducen iones metlicos en la slice. La estructura vtrea se forma cuando se enfra moderadamente rpido la slice lquida. El descubrimiento del vidrio fue accidental, al calentar en un horno primitivo de arena en contacto con carbonato de sosa y restos calcreos logrando una escoria de aspecto vtreo. Tipos de vidrios: Vidrio de Slice: Se aproxima al vidrio ideal, que al fundirse en condiciones adecuadas se convierte en una masa que no recristaliza denominada vidrio de slice, que es de alta resistencia mecnica, transparente, de bajo coeficiente de dilatacin. Este funde a 1700C (esto hace que su fabricacin sea muy costosa). 45

Vidrio de sosa: Se le agrega xido de Sodio reduciendo el punto de fusin de 1700C a 800C. se forma entonces, en vez de slice pura, silicato de sodio, que es soluble en agua. Para que no sea demasiado soluble se reemplaza parte de la sosa (xido de sodio) por xido de Calcio; que adems al vidrio casi insoluble en agua, baja un poco ms su punto de fusin Vidrio de sosa y cal: Este vidrio moderno tiene 75% de anhdrido silcico, 12% de xido de Sodio y 12% de xido de Calcio. Este vidrio es transparente, difcilmente atacable por los agentes qumicos, de elevado coeficiente de dilatacin; lo que hace que el vidrio sea dbil a los cambios bruscos de temperatura. Vidrios pyres: Se reemplaza el xido de Calcio por xido de Boro y sus componentes son 80% de silcico, 4% de xido de Sodio y 12% de xido de Boro, a efectos de conseguir un vidrio ms resistente a los cambios bruscos de temperatura; es similar al vidrio de sosa y cal pero con la mitad de coeficiente de dilatacin. Vidrio ptico: Para estos vidrios, se le adiciona xido de Plomo, en una proporcin que llega a veces hasta el 90%, elevando considerablemente su peso.

Color para el vidrio: Adems de sus propiedades fundamentales se le puede incorporar impurezas o elementos adicionales con el objetivo de modificar el color. La presencia de estas impurezas modifican las propiedades de transparencia del vidrio y/o las propiedades selectivas con respecto al color de la luz que deja pasar. Elaboracin del vidrio: Los vidrios se denominan, adems de su composicin qumica, por su modo de fabricacin y de usos a que son sometidos. Vidrio hueco o soplado: Se denomina vidrio soplado a una tcnica de fabricacin de objetos de vidrio mediante la creacin de burbujas en el vidrio fundido. Estas burbujas se obtienen inyectando aire dentro de una pieza de material a travs de un largo tubo metlico por medio de una mquina o bien de forma artesanal. Con este se pueden fabricar varillas y tubos de hasta 100 metros de longitud. Vidrio plano soplado: Se obtiene formando con la caa una gran ampolla de varios metros de largo y casi un metro de dimetro, obtenindose por soplado y caldeos sucesivos un cilindro. Una vez fro se rasga por una generatriz y se calienta de nuevo en hornos de tnel para que se desarrolle y aplane sobre una plataforma muy lisa y pulida. Vidrio plano estirado: Procedimiento Fourcault: Se obtiene una lmina de 1.8 a 7 mm de espesor y 1.5 metros de ancho. Procedimiento Coulburr: Se obtiene un vidrio estirado haciendo pasar entre dos cilindros una lmina de vidrio. Se pueden alcanzar espesores de hasta 30 mm y se caracteriza por la uniformidad de espesor y superficie perfectamente plana. Vidrio plano colado: Se obtiene laminando una masa fundida de vidrio a travs de cilindros que pueden ser lisos o grabados. Si se intercala una fina estela 46

metlica de 0.5 a 0.6mm de dimetro, se obtiene vidrio armado. Se caracterizan por tener superficies poco transparentes. Vidrio flotado: El vidrio flotado consiste en una plancha de vidrio fabricada haciendo flotar el vidrio fundido sobre una capa de estao fundido. Este mtodo proporciona al vidrio un grosor uniforme y una superficie muy plana, por lo que es el vidrio ms utilizado en la construccin. Vidrio templado: Para fabricar vidrio templado trmicamente, el vidrio flotado se calienta gradualmente hasta una temperatura de reblandecimiento de entre 575 y 635C para despus enfriarlo muy rpidamente con aire. De esta manera se consigue que el vidrio quede expuesto en su superficie a tensiones de compresin y en el interior a tensiones de traccin, confirindole mayor resistencia estructural y al impacto que el vidrio sin tratar, teniendo la ventaja adicional de que en caso de rotura se fragmenta en pequeos trozos inofensivos (por lo cual se le considera uno de los tipos de vidrio de seguridad). Vidrios curvados: Se obtienen colocando los vidrios planos sobre moldes de acero, con la forma deseada y se introducen en un horno para calentarse lentamente hasta 500C. Obteniendo as la forma del molde. Vidrio prensado: Se obtiene prensando al vidrio en estado pastoso, obtenindose vidrio de grande resistencia a la compresin, flexin y choque, no pudindose cortar con diamante. Se deben fabricarse con medidas exactas. Lana de vidrio: Se fabrica dirigiendo aire comprimido contra el vidrio fundido que sale de unas boquillas, obtenindose fibras anlogas a la lana animal.

Clasificacin del vidrio Segn su transparencia: Vidrios transparentes: Son los que permiten el pasaje de la luz y de la visin sin mayor distorsin. Vidrios traslucidos: Son los que permiten el pasaje de la luz pero no de la visin por no tener caras paralelas. Vidrios opalinos: Los opalinos son los que, teniendo las caras paralelas, no permiten el pasaje de la luz o la permiten en poca cantidad pero sin visin directa. Estos pueden subdividirse en opacos y traslucidos. Segn su color: Vidrios blancos: Son los que absorben todos los colores uniformemente, o no lo absorben en absoluto y permiten el pasaje de la luz blanca. Vidrios de color: Son los que absorben todos menos el que pasa. Vidrios actnicos: Son permeables a las radiaciones violetas y ultravioletas. Vidrios no actnicos: No permiten el paso de los rayos ultravioletas y dejan pasar el resto. Segn su espesor: Los vidrios suelen clasificarse segn sus espesores y esto depende, as mismo, del pas en donde se este. Nuestra clasificacin comprende: Vidrios simples (del orden de 2mm), Doble (3mm), Triples (4mm) y los gruesos (5, 6, 7, 9, 10mm). Vidrios estructurales: Estos son destinados a estructuras con el fin de aislar y dejar pasar la luz. Deben tener para ello resistencia mecnica suficiente y ser buenos aislantes trmicos. 47

Segn su calidad: La calidad del vidrio se clasifica por clase. La primera clase es la mejor y no tiene casi fallas; la segunda no posee ninguna falla de consideracin; la tercera y cuarta contienen fallas ms o menos extensas. Vidrio aislante trmico: Termolux: Consiste en dos capas de vidrio que encierran un fieltro (de vidrio hilado). El mismo encierra pequeas burbujas de aire logrando as la aislacin, adems cada hilo acta como difusor de la luz. Doble vidriado hermtico: consiste en dos vidrios unidos entre s mediante un separador metlico u orgnico cuyo espesor define el ancho de la cmara de aire. El separador que es hueco, est relleno con sales deshumectantes para mantener seco el aire de la cmara.

CONGLOMERANTES Y AGLOMERANTES Se denomina conglomerante al material capaz de unir fragmentos de uno o varios materiales y dar cohesin al conjunto mediante transformaciones qumicas en su masa que originan nuevos compuestos. Los conglomerantes son utilizados como medio de unin, formando pastas llamadas morteros. Los aglomerantes son materiales capaces de unir fragmentos de una o varias sustancias y dar cohesin al conjunto por mtodos exclusivamente fsicos Los conglomerantes ms utilizados son el yeso, la cal, y el cemento. Se clasifican, segn su composicin, en: Primarios Yeso Cal Cemento Secundarios Mortero Hormign Materiales bituminosos Betn Asfalto Alquitrn 48

CALES Piedras calizas en las que predomina el carbonato de calcio sobre la slice y la almina. De acuerdo a su grado de hidraulicidad, las cales se dividen en areas e hidrulicas Cales areas: Endurecen en contacto con el aire. La materia prima es la caliza o carbonato de calcio puro, al calcinarlos se produce cal viva que es un producto deshidratado. La cal viva tiene la propiedad de reaccionar con el agua formando cal apagada. La calcinacin es un proceso en el cual se calienta el material por debajo de su punto de fusin para lograr as: eliminar el agua, (presente como humedad absorbida, como la conversin del hidrxido frrico en xido frrico); eliminar el dixido de carbono (como en la calcinacin de la piedra caliza en cal en un horno de cal), el dixido de azufre u otro compuesto orgnico voltil. Este tipo de cales se dividen en cales grasas o clcicas y cales magras o dolomticas: Las cales grasas contienen menos de 5% de oxido de magnesio, y al ser apagadas aumentan su volumen al doble. Por otro lado las cales magras contiene entre el 5% y el 30% de xido de magnesio. Su aumento de volumen es casi nulo. Su rendimiento es menor que las cales grasas. En toda piedra caliza la proporcin de carbonato clcico ser mayor a la de carbonato magnsico hasta un mximo del 50% de CO3Ca y un 50% de CO3Mg. Cales hidrulicas: Tienen la propiedad de endurecer debajo del agua o en ambiente hmedo. Al calcinarse las calizas en los hornos reacciona con OCa que se forma en el horno dando silicatos y aluminantes clcicos que tienen la capacidad de fraguar bajo el agua. Cabe mencionar que no es lo mismo una cal hidratada que una cal con propiedades hidrulicas. ndice de hidraulicidad: es una relacin de componentes de las cales, la cual sirve para definir el grado de hidraulicidad de las cales. Cabe destacar que si una cal posee un ndice de hidraulicidad mayor a 0.50, pasa a ser un cemento.

Hidraulicidad segn el tipo de cal Tipo Cal area Cal dbilmente hidrulica Cal medianamente hidrulica Cal hidrulica normal Cal eminentemente hidrulica ndice de hidraulicidad 0,0 a 0,10 0,10 a 0,16 0,16 a 0,31 0,31 a 0,42 0,42 a 0,50 Tiempo de fraguado en el agua 49

Contenido de las cales y fraguado % Tipo de Impurezas impureza

Designacin

ndice hidrulico

Cal comn, Cal grasa Cal rida, Cal Magra Cal Dolomtica Cal medianamente Hidrulica Cal Hidrulica Cal eminentement e Hidrulica Cal lmite o cemento lento Cemento rpido