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1.- A menudo el hierro se recubre con una delgada capa de zinc cuando se va a utilizar en el exterior. ¿Qué características le da el zinc a este metal recubierto, es decir galvanizado? ¿Qué precauciones deberán tomarse en consideración en la fabricación de este producto? ¿Cómo se afectará la capacidad de reciclaje del producto? El zinc proporciona resistencia a la corrosión de la plancha de dos maneras. Si el hierro está completamente recubierto con zinc, el zinc proporciona una barrera entre el hierro y el entorno circundante, por lo tanto, protege la plancha de hierro del ambiente. Si el recubrimiento de zinc se retira para exponer el hierro, el zinc continúa protegiendo la plancha debido a que el cinc se corroe preferentemente a la plancha. Para ser específico, el zinc debe adherirse bien al hierro de modo que no permita que se produzcan reacciones en la interfaces con el hierro y el cinc de manera que se mantenga intacta durante cualquier formación del material galvanizado. Cuando se recicla el material, el cinc se perderá por la oxidación y la vaporización, a menudo produciendo un "polvo de zinc" que pueda representar un peligro ambiental. Un equipo especial puede ser necesario para recoger y reciclar el polvo de zinc. 2.- Se desea producir una cabina transparente para una aeronave. Si se utilizara una cabina cerámica (vidrio de ventana tradicional), las piedras o los pájaros pudieran romperla. Diseñe un material que minimice daños o por lo menos impida que la cabina se rompa en pedazos. Podría usarse un material polimérico transparente "vidrioso" tal como el policarbonato. Algunos polímeros presentan razonablemente buenas propiedades de impacto y pueden resistir el al rompimiento de la cabina. Los polímeros también pueden ser endurecidos para resistir el impacto mediante la introducción de pequeños glóbulos de caucho o elastómero, en el polímero; estos glóbulos mejoraran la capacidad de absorción de energía del material compuesto de polímeros, que es demasiado pequeño como para interferir con las propiedades ópticas del material. 3.- Los resortes en espiral deben ser muy resistentes y rígidos. El Si 3N4 es un material resistente y rígido. ¿Se podría seleccionar este material para un resorte? Explique. Los resortes están destinados a resistir las fuerzas elásticas elevadas, donde se estiran sólo los enlaces atómicos cuando se aplica una fuerza. El nitruro de silicio cumple con este requisito. Sin embargo, nos gustaría también tener una buena resistencia al impacto y al menos la ductilidad (en caso de que el resorte se sobrecargue) para asegurar que el resorte no fallará catastróficamente. Los materiales cerámicos tales como nitruro de silicio no tienen prácticamente ninguna ductilidad, malas propiedades de impacto, y, a menudo son difíciles de fabricar y sin introducir algunos pequeños defectos que causan al fracaso incluso para fuerzas relativamente bajas. No se recomienda el nitruro de silicio.

4.- A veces se fabrican indicadores de temperatura a partir de una tira de metal en espiral, la cual se dilata una distancia específica cuando se incrementa la temperatura. ¿Cómo funciona el indicador?; ¿de qué tipo de material se fabricaría el indicador?; y ¿cuáles son las propiedades importantes que debe poseer el material del indicador? Materiales bimetálicos son producidos por uniendo dos materiales con diferentes coeficientes de dilatación térmica entre sí, formando un compuesto laminar. Cuando los cambios de temperatura, uno de los materiales se expanden o se contraen más que los otros materiales. Esta diferencia en la expansión o contracción hace que el material bimetálico de cambiar de forma, si la forma original es el de una bobina, entonces el dispositivo bobina o desenrollar, dependiendo de la dirección del cambio de temperatura. Para que el material para llevar a cabo bien, los dos materiales debe tener muy diferentes coeficientes de expansión térmica y debe tener alto módulo de elasticidad suficiente para que ninguna deformación permanente del material se produce. 5.- Para el diseño de una aeronave que pueda volar sin detenerse una distancia de 30 kilómetros, mediante energía humana ¿qué tipo de propiedades de materiales son recomendables? ¿Qué materiales podrían ser apropiados? Tales aeronaves deberán disponer de suficiente fuerza y rigidez para resistir su propio peso, el peso de la fuente humana "poder", y todas las fuerzas aerodinámicas que se le impuso. Por otra parte, debe ser lo más ligero posible para asegurar que el ser humano puede generar trabajo suficiente para operar la aeronave. Los materiales compuestos, especialmente los basados en una matriz de polímero, podría comprender la mayor parte de la aeronave. Los polímeros tienen un peso ligero (con densidades de menos de la mitad que la de aluminio) y pueden reforzarse mediante la introducción de fibras fuertes y rígidas de vidrio, de carbono, o de otros polímeros. Compuestos con la resistencia y rigidez. 6.- Se colocará en órbita un micro satélite de tres pies de diámetro. El satélite contendrá equipo electrónico delicado, que enviar y recibir señales de radio de la Tierra. Diseñe la carcasa exterior dentro de la cual quedará alojado el equipo electrónico. ¿Qué propiedades se requerirán y qué materiales pudieran ser considerados? La cáscara del micro satélite debe satisfacer varios criterios. El material deberá tener una densidad baja, lo que minimiza el peso de satélite, de modo que se puede levantar económicamente a su órbita, el material debe ser fuerte, duro y resistente al impacto, a fin de asegurar que cualquier "polvo espacial" que pudieran afectar el satélite se no penetrar y dañar los equipos electrónicos, el material debe ser transparente para las señales de radio que permiten la comunicación entre el satélite y de la tierra y el material deberá proporcionar algunos de aislamiento térmico para asegurar que el calentamiento solar no dañar los componentes electrónicos. Un enfoque podría ser el

uso de una capa compuesta de varios materiales. La superficie exterior puede ser una muy delgada capa de metal reflectante que ayudaría a reflejar el calor solar. El cuerpo principal de la Shell podría ser una fibra de peso ligero compuesto reforzado que ofrezca resistencia al impacto (impidiendo la penetración de partículas de polvo), pero sería transparente a las señales de radio. 7.- ¿Qué propiedades debe tener la cabeza del martillo de carpintero? ¿Cómo se fabricaría la cabeza de la herramienta? La cabeza de un martillo dese estar hecha de un material resistente al impacto, duro y pesado para que el golpe tenga mayor fuerza, es ligeramente curveada por un lado y posee porosidades para evitar que el martillo se resbale al momento de clavar, y por el otro, tiene una ranura, para sacar los clavos. Principalmente, se utilizan metales y polímeros de alta dureza para realizar las cabezas de los martillos. Entre los que destaca el acero. La fabricar la cabeza se comienza con una barra de acero que es fundida en un horno de inducción a más de 1000 0C, para que el acero sea maleable. Con fuertes golpes el acero es forjado de la forma de la cabeza del martillo y se lo deja enfriar. Posteriormente se procede a pulirlo para retirar cualquier porosidad que tenga en su exterior. Nuevamente se lo calienta y se lo enfría rápidamente para asegurar su dureza, esto se conoce como proceso de templado y por último se le coloca el mango deseado. 8.- El casco de un transbordador espacial está formado por tejas cerámicas adheridas a un recubrimiento de aluminio. Analice los requerimientos de diseño de dicho casco que llevaron a utilizar esta combinación de materiales. ¿Qué problemas para la producción del casco tuvieron que encarar diseñadores y fabricantes? El casco debe construirse de un material resistente a los grandes cambios de temperatura, al impacto mecánico y a la corrosión que se producen a la entrada y salida de la atmósfera. Además de un bajo peso que conlleva un menor consumo de combustible en el despegue y menor atracción gravitatoria en el aterrizaje. Lo que indica que debe usarse un compuesto, pero también hay que tener en cuenta que el material debe ser de bajo costo pues el casco es de gran superficie, de forma que se rechaza este material en favor de la combinación de materiales. Al no poder usar el compuesto sería lógico elegir un material cerámico, ya que es el siguiente material más adecuado de acuerdo con los requerimientos, pero estos son poco dúctiles (moldeables) y frágiles, de ahí que se construyan tejas y se soporten sobre un armazón de aluminio que es un metal resistente y poco pesado.

9.- Se debe seleccionar un material para los contactos eléctricos de un conmutador eléctrico que frecuentemente se abre y se cierra con fuerza. ¿Qué propiedades deberá poseer el material del contacto? ¿Qué tipo de material recomendaría? ¿Sería una buena selección la alúmina, Al2O3? Explique. El material que se emplea para los contactos eléctricos, debe tener propiedades como: elevada conductividad térmica y eléctrica, baja resistencia superficial, resistencia a soldarse, resistencia mecánica, resistencia al arco, alto punto de fusión y tiene que ser de bajo costo para que se lo pueda emplear en la fabricación. Por las propiedades mencionadas, se trata de un material con propiedades metálicas, puede ser el oro o la plata pero su alto costo ha hecho que el material más utilizado para la electricidad sea el cobre o el aluminio. Sin embargo no se puede emplear la alúmina, pues actúa como material cerámico, que sirve de aislante térmico y eléctrico. 10.- El aluminio tiene una densidad de 2.7 g /cm 3. Suponga que se desea producir un material compuesto basado en aluminio con una densidad de 1.5 g /cm 3. Diseñe un material que tenga esa densidad. ¿Pudiera ser una posibilidad introducir esferas de polietileno de una densidad de 0.95 g/cm3 dentro del aluminio? Explique. Para producir un material compuesto basado en aluminio con una densidad de 1,5 g/cm3, se tendría que seleccionar un material que tenga una densidad considerablemente menor que 1,5 g/cm3. Mientras que el polietileno tiene un punto de fusión muy bajo en comparación con el aluminio, lo que haría muy difícil introducir el polietileno en una matriz sólida de aluminio, los procesos tales como la fundición o metalurgia de polvos destruiría el polietileno. Por lo tanto el polietileno no sería una posibilidad probable. Un enfoque, sin embargo, podría ser la introducción de cuentas de vidrio huecas. Aunque los vidrios de cerámica tienen densidades comparables a la de aluminio, un cordón hueco tendrá una densidad muy baja. El vidrio también tiene una temperatura de fusión alto y podría ser introducido en el líquido de aluminio como para el procesamiento de una pieza de fundición. 11.- Se deberán identificar distintos materiales sin tener que recurrir al análisis químico o a largos procedimientos de prueba. Describa algunas técnicas posibles de prueba y de clasificación que se pudieran utilizar con base en las propiedades físicas de los materiales. a) Prueba de chispas Es un método sencillo para determinar a nivel mundial los principales componentes de una muestra de hierro fundido, acero al carbono o acero aleado. El método también

puede proporcionar información sobre el tratamiento térmico al que fue sometida la muestra (tales como el recocido o endurecimiento). b) Método de aire comprimido Dentro de las aplicaciones industriales, los componentes que utilizan fluidos a presión van tomando una gran preponderancia y su aceptación se universaliza cada vez más a medida que se van desarrollando nuevas aplicaciones. Es por esta razón que el aire comprimido se ha convertido en la segunda fuente de energía utilizada en la industria, después de la energía eléctrica, ahora otra gran fuente es el gas. Si se pregunta por qué el aire comprimido, la respuesta es por su velocidad y su rapidez de respuesta de trabajo. Su acción no es tan rápida como la eléctrica, pero si es notablemente más rápida que la hidráulica. Por otra parte podemos pensar que la energía neumática tiene como materia prima el aire atmosférico el cual se puede tomar en la cantidad necesaria, totalmente gratuito, para comprimirlo y transformarlo como fuente de energía. c) Las pruebas de encendido automático La prueba de chispa automatizada ha sido desarrollada para eliminar la dependencia de la habilidad del operador y la experiencia, lo que aumenta la fiabilidad. El sistema se basa en la espectroscopia, espectrometría, y otros métodos para "observar" el patrón de chispa. Se ha comprobado que este sistema puede determinar la diferencia entre dos materiales que emiten chispas que son indistinguibles para el ojo humano. 12.- Se necesitan separar físicamente distintos materiales en una planta de reciclaje de chatarra. Describa algunos métodos posibles que pudieran utilizarse para separar materiales como polímeros, aleaciones de aluminio y aceros. Aprovechando las propiedades físicas distintas entre polímeros, aleaciones de Al y acero, podemos ver diferentes formas de separación: a) Propiedades magnéticas Pasando un imán sobre los desechos materiales, podemos separar el acero del resto ya que éste contiene Fe en su composición y, en muchos casos, le proporciona propiedades magnéticas. Los otros dos materiales no son magnéticos pero podemos separarlos por los siguientes métodos. b) Vía electrolítica. Poniendo los materiales desechos en una disolución con dos electrolitos, podremos separar los materiales de Al de los polímeros ya que el aluminio queda adherido a los electrolitos debido a sus propiedades eléctricas, mientras que los polímeros quedarían en la disolución (materiales aislantes) c) Por diferencia de densidad

Introduciendo los materiales en una disolución o una corriente de líquido se observa que los más densos serán los primeros en caer (precipitar). De esta forma, el orden de salida sería: aceros (mayor densidad), aluminio y polímeros (menor densidad) 13.- Algunos pistones para motor de automóviles pueden producirse a partir de un material compuesto que contiene pequeñas partículas duras de carburo de silicio en una matriz de aleación de aluminio. Explique el beneficio que aporta cada uno de los materiales del compuesto al pistón. ¿Qué problemas pudieran causar las distintas propiedades de ambos materiales en la producción de dicho componente? El aluminio ofrece una buena transferencia de calor debido a su alta conductividad térmica. Tiene una buena ductilidad y tenacidad, resistencia razonablemente buena, y es fácil de reparto y el proceso. El carburo de silicio, una cerámica, es duro y fuerte, ofreciendo buena resistencia al desgaste, y también tiene una alta temperatura de fusión. Ofrece buena resistencia al aluminio, incluso a temperaturas elevadas. Sin embargo puede haber problemas de la producción del material, por ejemplo, el carburo de silicio no puede ser distribuido uniformemente en la matriz de aluminio si los pistones son producidos por fundición. Es preciso asegurar una buena unión entre las partículas y el aluminio. La química de superficie por lo tanto debe ser entendida. Las diferencias en la expansión y contracción con los cambios de temperatura pueden provocar des cementado e incluso grietas en el compuesto.

CONCLUSIONES: Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su calidad de vida, como los productos se encuentran fabricados a base de materiales estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro. Debido al progreso y a los programas de investigación cada día son más los materiales que se están creando. La producción de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en productos acabados, constituyen una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos y los procesos necesarios para la fabricación de estos. Como la producción necesita materiales entonces los ingenieros deben conocer de la estructura y propiedad de estos; de modo que sean capaces de seleccionar el más adecuado para cada aplicación y el mejor método para su proceso.