Trabajo Grupal 12

Act. 6 Trabajo colaborativo 1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAEscuela de ciencias básicas tecnologías e IngenieríaMateriales Industriales. Código 256599

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD – www.unad.edu.co 1/18PTU: www.unadvirtual.org / Docente diseñador: Georffrey Acevedo González.

TRABAJO COLABORATIVO 1

MATERIALES INDUSTRIALES

GRUPO 12

MAURICIO CELIS CODIGO 13740740

JOHN FREDY SANDOVAL CODIGO 13743972

OMAR DARIO MONSALVE VILLA CODIGO 13745490

OSCAR EDUARDO MANTILLA BUENO CODIGO 13.741.982

WALBERTO JOSE ROCADirector del Curso

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA23 de Octubre 2012



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TABLA DE CONTENIDO

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

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

OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................5

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD ...........................................................................6

CONCLUSIONES .......................................................................................................17

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..........................................................................18



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INTRODUCCIÓN

Se busca que el estudiante aprenda a reconocer conceptos básicos de los materialescon el fin de hacer autónomo y práctico el aprendizaje, utilizando técnicas que lepermitan tomar decisiones.

Atraves de dichas técnicas el estudiante fortalecerá su aprendizaje con criterios que lepermitan analizar, contextualizar, interpretar, discriminar y relacionar los fundamentosbásicos de los Materiales Industriales.

El curso busca que el estudiante se familiarice con el uso racional de los materialesIndustriales y visualice su incidencia para la toma de decisiones, identifique suspropiedades el cual le permita como ingeniero seleccionar el material adecuado parauna determinada aplicación, teniendo en cuenta su disponibilidad, el costo y el medioambiente, sustentando su criterio.

La revisión de cada uno de los contenidos temáticos de la unidad y por medio delconjunto de herramientas para el aprendizaje propuestas por el curso se amplía losconocimientos de materiales industriales y al mismo tiempo se crea una motivación parael fomento del espíritu investigativo del área.

En este trabajo se verá plasmado cada uno de los conocimientos adquiridos por cadaparticipante de grupo colaborativo, después de haber estudiado el modulo del curso yhaber ampliado la información allí existente, complementando con las diferentesestrategias de aprendizaje y herramientas conoceremos la estructura atómica yelectrónica de los materiales, cada uno de los enlaces químicos que existen ylas propiedades de los materiales.

La metodología utilizada es de forma colaborativa, autodidacta y a distancia permitiendoque el estudiante investigue, interactué con sus compañeros de grupo y compartaconocimientos que contribuyan con el fortalecimiento de ideas.



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OBJETIVO GENERAL

Que el estudiante identifique las diferentes técnicas de análisis químico, eléctrico ymecánico de los materiales industriales para llevar a cabo el control de Calidad en unaempresa, el cual le permita como ingeniero seleccionar el material adecuado para unadeterminada aplicación, teniendo en cuenta su disponibilidad, el costo y el medioambiente, garantizando la confiablidad y viabilidad de los productos y el crecimiento dela organización.



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OBJETIVOS ESPECIFICOS

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

Que el estudiante conceptualice y fortalezca criterios que le sirvan para tomardecisiones y reconocer consecuencias, garantizando la viabilidad de losproductos.

Que el estudiante investigue, interactué con sus compañeros de grupo, compartaconocimientos que contribuyan con el fortalecimiento de ideas y el aprendizajeautónomo.

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



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DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

2. Clasificaciones de los materiales.

2.2 Identificar los distintos materiales sin tener que recurrir al análisis químico o alargos procedimientos de pruebas. Describa algunas técnicas posibles de pruebay de clasificación que se pudieran utilizar con base a las propiedades físicas delos materiales.

Materiales Naturales: materiales de origen mineral, materiales de origen animaly materiales de origen vegetal.

Materiales Sintéticos: el vidrio, el papel, el plástico y el concreto

Materiales amorfos: el vidrio y polímeros vítreos.

Metales y aleaciones: el hierro, el cobre, el cinc, el aluminio, el plomo, el estañoMetales

ferrosos: acero y las fundiciones o hierros colados Metales no ferrosos: aluminio,níquel plata, zinc, plomo, titanio y sus aleaciones.

Cerámicos tradicionales: arcilla, sílice, feldespato.

Cerámicos de ingeniería: la alúmina, los carburos, el nitruro de boro y silicioVidrios

Termoplásticos: polietileno, polipropileno y PVC. Elastómeros: el caucho naturaly poliuretano.

Técnicas en base a las propiedades:

La densidad, la expansión térmica y el punto de fusión

La densidad: La densidad de un material se define como la masa divida entreel volumen. La densidad y la resistencia se relacionan como la razón resistencia alpeso, la cual es la resistencia a la tensión dividida por su densidad.Este valor es útil en la comparación de materiales para aplicaciones estructurales enlas industrias del transporte (aviones, autos, barcos, etc.). Esta es una propiedad



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importante a la hora de seleccionar un material que posea por ejemplo buenaresistencia a la tensión, pero que sea liviano.

Expansión Térmica: Es el cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensiónmétrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca enella por cualquier medio, podría definirse también como el efecto de la temperaturasobre la densidad. Generalmente la densidad disminuye conforme aumenta latemperatura. Se expresa generalmente como coeficiente de expansión térmica, el cualmide el cambio de longitud por efecto de la temperatura, como pulg/pulg/ºF(mm/mm/ºC).

Punto de fusión: El punto de fusión es la temperatura en la que el sólido setransforma en líquido, esta es una propiedad que depende de la energía necesariapara separar los átomos.

2.3 Se necesitan separar físicamente distintos materiales en una planta dereciclaje de chatarra. Describa algunos métodos posibles que pudieran utilizarse paraseparar materiales como polímeros aleaciones de aluminios y aceros.

Desmontaje y separación manual triturada de materiales.

Reciclaje mecánico: extracción e incineración y refinado, para la recuperación demetales.Reciclaje químico, de metales preciosos (oro, plata…) de las placas de circuitosimpresos.

La primera separación que se establece es entre metales férreos (hierro, acero) y noferrosos (aluminio, cobre, metales preciosos). La separación de metales ferrososmediante imantación. Los metales pueden recuperarse mediante trituración,incineración o enfriamiento. Algunos procesos químicos permiten separar losmetales preciosos como el oro o la plata de los paneles de circuitos impresos.

La complicación del reciclado del plástico está en la correcta clasificación de losdiferentes tipos de polímeros. La mayoría de recicladores utilizan la separaciónmanual, aunque se está empezando a implantar la identificación de los polímeroscomunes mediante rayos X y sensores de luz visible o rayos infrarrojos. Otrossistemas mecánicos incluyen la clasificación por aire, flotación o separaciónelectrostática o espectroscópica. También existen procesos químicos que separan lospolímeros y eliminan agentes contaminantes



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Separación magnética: El más común de recuperar chatarra ferrosa de desechossólidos fragmentados implica el uso de sistemas magnéticos de recuperación.

Separación de no ferrosos y/o separación de aleaciones: Se han ensayadotécnicas para la separación de chatarra de aluminio en distintos tipos dealeaciones mediante tecnología de láser y de corrientes parásitas.

La tecnología de “Medios Densos” está basada en la aplicación, dentro de untambor cilíndrico, de la diferencia de densidad de los materiales que componen lacorriente de alimentación del proceso y el líquido presente en cada fase. Estadiferencia de densidades provoca una separación de los materiales en dos corrientesde salida, los flotados y los hundidos

3. Estructura atómica y electrónica de los materiales.

3.1 Discutir y describir en el grupo la diferencia que se tiene entre a) la Estructuraatómica y electrónica de los materiales, b) la masa atómica y el número atómico, c) elnúmero de avogrado y el número cuántico y plasme los resultados en la estrategia deaprendizaje denominada en cuadros comparativos. (Ver en la caja de herramientaspara el aprendizaje la estrategia de aprendizaje mencionada).

a) Estructura atómica y electrónica.

ESTRUCTURA ATOMICA ESTRUCTURA ELECTRONICA

Es la conformación de la unidad básicade cada material.

Generaliza los componentes de unátomo, la electronegatividad vaincluida en esta estructura.

Indica cómo se distribuyen loselectrones en los orbitales atómicos.Para ello, los electrones vanocupando los orbitales en ordencreciente de energía.

Está contenido en el estudio de laestructura atómica.



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b) Masa atómica y número atómico

MASA ATOMICA NUMERO ATOMICOEs el promedio de las masasatómicas de todos los isótopos deun átomo.Se representa con la letra AEs considerada la masa total deprotones y neutrones en un soloátomo.

Es el número de protones que poseeun átomo.Se representa con la letra Z.Es característico de cada elemento químicoy representa una propiedad fundamental delátomo:Su carga nuclear.El número atómico define el nivel dellenado de los orbitales electrónicos delátomo.

c) Numero de avogrado y numero cuántico

NUMERO DE AVOGRADO NUMERO CUANTICOPuede definirse como la cantidad deentidades elementales (átomos,electrones, iones, moléculas) queexisten en un mol de cualquiersustancia.Se trata de la unidad que utilizan losquímicos para expresar el peso de losátomos, que equivale a un númeromuy grande de partículas.

1 mol = 6,022045 x 10 elevado a 23partículas.

Indica cómo se distribuyen loselectrones en los orbitales atómicos.Para ello, los electrones vanocupando los orbitales en ordencreciente de energía.

Está contenido en el estudio de laestructura atómica.

Los números cuánticos son valores

3.2.1 La hoja de aluminio utilizada para guardar alimentos pesaaproximadamente 0.3 gr por pulgada cuadrada.¿Cuántos átomos de aluminio están contenidos en esta muestra de hoja?



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Solución

1 mol de aluminio ………………… Peso de 26,97 gramos.

X . …………………. 0.3 gramos

X = 0,3_____ = 0,01112347 moles de aluminio26,97

= 0.01112347 moles x 6.022x10²³

= 6.698553634x10²¹ átomos de aluminio contenidos.

3.2.2 El jefe de producción de una planta de galvanoplastia requiere costear a todocosto el proceso de recubrir una pieza de acero que tiene una superficie de 200pulgadas cuadradas con un capa de níquel de 0.002 pulgadas de espesor, para tal finse necesita conocer:

a) ¿Cuántos átomos de níquel se requieren?b) ¿Cuántos moles de níquel se requieren?

Se calcula el volumen de la capa de níquel.

V=superficie X espesor

V = 200 pul 2 X 0.002 pulg = 0.4 pulg 3

Volumen atómico del níquel. 6.59cm 3 /mol (centímetros cúbicos sobre mol)

Se transforma el volumen en pulg 3 cubicas a cm 3

0.4pul 3 x(2.54cm/pul) 3 )=6.55 cm 3

Moles de níquel: 6.55 cm 3 /6.59 cm 3 /mol = 0.994 moles (b)



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Se calcula el número de átomos:

0.944 moles X 6.022 x 10 23 = 5.985868 X 10 23 átomos de níquel (a)

3.2.3 Suponga que un elemento tiene una valencia de 2 y un número atómico de 27.Con base únicamente en los números cuánticos, ¿Cuántos electrones deben estarpresentes en el nivel de energía 3d?

Se hace la distribución electrónica con una valencia de 2, representa que en el últimonivel se tienen 2 electrones quedando de la siguiente manera.

Número atómico 27 = 1s2 - 2s2 - 2p6 - 3s2 - 3p6 - 3d7 - 4s2.

De los 4 niveles el último 2 y corresponde al elemento cobalto

Al ser 3d, tienes que:

n : 3

l : 2 .... (0=s; 1=p; d=2; f=3)

ml : 2l+1 = 5 = -2,-1,0,1,2

ms : ± ½ para cada subcapa de ml

En subcapa orbital tienen 2 electrones, como son 5 subcapas, son 10 electrones.

4. Enlaces químicos

4.1 En el modulo de descarga unidad 1, se tiene el tema tipos de enlaces, y en elrecurso para seguir aprendiendo se tiene 3 elementos didácticos relacionados con losenlaces químicos, con dicha información se debe elaborar una matriz de clasificaciónidentificando las características de los enlaces con las correspondientes conclusionesespecificas y conclusión general Literales (Ver en la caja de herramientas para elaprendizaje la estrategia de aprendizaje mencionada).



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TIPO DEENLACE

CONDUCEELECTRICIDAD

TRANSFIEREELECTRONES

COMPARTEELECTRONES

CEDENELECTRONES

ELEMENTOSMETAL

ELEMENTOSNO METAL

CONCLUCION

IONICO X X Fuerzas deatracciónrelativamentegrandes por sutransferenciade electrones

COVALENTE

X X X Este tipo deenlace sepresenta entreátomos conpocadiferencia deelectronegatividadComparten loselectrones delos niveles S yP

METALICO X X X Es un enlacecaracterísticosde los metalesForman unanubeelectrónica porla atracción delos demásátomos.

La estructura de un material puede ser estudiado en 4 niveles: estructura atómica,arreglo de los átomos, micro estructura y macroestructura.

La estructura atómica influyen en la forma en que los átomos se unen entre sí, quepermiten clasificarlos como metales, semiconductores, cerámicos y polímeros y ademásnos permite llegar a conclusiones generales en relación a la propiedades mecánicas yel comportamiento físico de estos cuatro clase de materiales. Por intermedio de laimplementación de una o varias estrategias de aprendizajes que se encuentran en lacaja de herramientas para el aprendizaje ser requiere u otra que se proponga:



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5.1 Sustentar, mostrar como los arreglos atómicos, los sistemas cristalinos estárelacionado con los diferentes tipos de materiales y con sus correspondientespropiedades.

Cuando los materiales se solidifican y especialmente los metales, los átomos puedenadquirir una determinada organización u orden que influye en muchas de suspropiedades, especialmente las mecánicas, eléctricas y químicas. Cuando los átomosno poseen un ordenamiento regular y por lo tanto no tienen ningún patrón determinado,se dice que es un material amorfo o no cristalino. Esto sucede debido a que el procesode obtención de los mismos no permitió la formación de arreglos. Caso contrario se diceque el material presenta un arreglo o una disposición que se repite en tres dimensiones,es decir, presenta una estructura cristalina

Los sistemas cristalinos son las estructuras que se forman con los átomos presentes enlos materiales y están relacionados con los diferentes materiales y suscorrespondientes propiedades

A un mineral se le puede definir como sólido homogéneo por naturaleza con unacomposición química definida (generalmente no fija) y una disposición atómicaordenada. Esto significa que en los minerales, los iones, átomos o moléculas estánordenados en las tres direcciones del espacio.

El ordenamiento interno tridimensional se puede supone como la repetición de unmotivo que es denominada celda fundamental. La celda fundamental que caracteriza acada uno de los minerales se puede reflejar en su forma externa y dar lugar a cuerposcon caras planas, aristas y ángulos. Estos cuerpos se llaman cristales.

El resultado de la repartición del espacio de a celda fundamental son las formasexternas de cada mineral. En este caso, la repetición de una celda cúbica puede formarun cubo, un octaedro o un dodecaedro.



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Sistema cristalino Algunas formas cristalinas

Triclínico Albita, cianita, rodenita

Monoclínico Yeso, rejalgar, ortosa

Ortorrómbico Azufre, olivino, barita

Tetragonal Rutilo, zircón, calcopirita

Hexagonal Berilo, apatita, pirrotina

Romboédrico Calcita, cuarzo, turmalina

Cúbico Galena, pirita, granate almandino

Los arreglos atómicos tienen un rol importante y determinante a nivel de microestructura y propiedades del material solido.

Numero de coordinación: Indica la eficiencia de empaquetamiento, a través del conteode átomos vecinos a un determinado átomo.Factor de empaquetamiento: Representa la fracción de espacio ocupada por losátomos.

5.2 El comportamiento mecánico de los materiales se describe a través de suspropiedades mecánicas que son los resultados de los ensayos o pruebas; describa larelación que tiene cada ensayo o prueba con las propiedades mecánicas de losmateriales.

Los materiales de ingeniería (metales, cerámicos, polímeros, compuestos) poseendiversas aplicaciones en las cuales se requiere por ejemplo resistencia tensión, altadureza, elasticidad, etc. Por esta razón se hace necesario conocer las diversaspropiedades que estos poseen y que determinan su comportamiento cuando se lessomete a diferentes esfuerzos o condiciones de trabajo.

PROPIEDAD DE TENSIÓN

Se denomina prueba de tensión al ensayo que permite conocer las características deun material cuando se somete a esfuerzos de tracción. El objetivo es determinar laresistencia a la rotura y las principales propiedades mecánicas del material que esposible apreciar en el diagrama carga-deformación Es el ensayo más usado paradeterminar una propiedad de un material.



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PROPIEDAD DE COMPRESIÓN

El ensayo consiste en comprimir una parte de sección cilíndrica entre dados planos quetiende a provocar un acortamiento de la misma y cuya fuerza aplicada se iráincrementando hasta la rotura de esta prueba también se puede determinar la clase delmaterial

PROPIEDAD DE FLEXIÓN

Este ensayo es generalmente hecho para materiales frágiles o de baja ductilidad comoes el caso de los materiales cerámicos y algunos polímeros termoplásticos que noposeen poco o nada resistencia a la tensión

PROPIEDAD DE CORTANTE Y TORSION

El esfuerzo cortante, es otra propiedad que poseen los materiales y hace referencia a laresistencia que ofrece el material a dejarse deformar cuando se le aplican unas fuerzasparalelas al área seleccionada.



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CONCLUSIONES

Materiales Industriales es un concepto importante que nos permite analizar einterpretar el comportamiento y desempeño de los metales en los diferentesprocesos de manufactura.

La ampliación de los conocimientos y la adaptación a estos sobre materiales sellevo a cabo por medio del desarrollo de esta actividad y aplicando el objeto deaprender a aprender con el conjunto de estrategias de aprendizajes se logra elobjetivo planteado.

Con el desarrollo de este trabajo se deja claro la estructura de la unidad 1 demateriales que abarca desde la ciencia e ingeniería, la estructura atómica yelectrónica de los materiales, cada uno de los enlaces químicos que existen, ylas propiedades de los materiales, analizando la importancia de los materialespara la preservación del medio ambiente, sus características de utilización encada uno de los procesos productivos en cual ampliamos nuestrosconocimientos dejando claros algunos conceptos que al inicio de la actividad noconocíamos.

Se estudiaron los conceptos de clasificación de materiales, estructura física yatómica. Se analizó la importancia de los materiales para la preservación delmedio ambiente. Según sus características se utilizan los materiales en cada unode los procesos productivo

Como ingeniero debe identificar los materiales Industriales, visualizar suincidencia para la toma de decisiones, reconocer sus propiedades,características, aplicaciones, que le permita seleccionar el material adecuadodentro de un proceso productivo.



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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Escuelas de ciencias Básicas, tecnologías e ingeniería, Unidad 1, 2,3 y protocolo delcurso Materiales Industriales, UNAD. Recuperado el 17 de agosto del 2012 dehttp://66.165.175.248/campus08/course/view.php?id=2

Documentos Instructivos

Mapas cognitivos, Síntesis, QQQ, Cuadros Comparativos, diagramas y cuadrossinópticos, caja herramientas, curso Materiales Industriales, UNAD. Recuperado el 22de agosto del 2012 de http://66.165.175.248/campus08/course/view.php?id=2

Minerales y los sistemas cristalinos. (cenma) recuperado el 18 octubre de.http://www.roquesalcarrer.ad/pdf/ESP/unitat_els%20minerals.pdf

Propiedades de los materiales. Recuperado el 07 de octubre del 2012,dehttps://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/Caracteristicas_de_los_materiales.ensayos.pdf

Documents

Trabajo Grupal 12