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• luis Nevarez

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1.1.

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? Cuando el zinc recubre al hierro le da resistencia a la corrosión y a la oxidación, lo cual permite una mayor durabilidad del material, los recubrimientos de zinc deben der aplicados en la interfaz del hierro sin que haya impurezas ya que una vez aplicada la capa de zinc, la corrosión se puede desarrollar internamente. 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. 1.1.

Se desea producir una cabina trasparente 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 los daños por lo menos impida que la cabina se rompa en pedazos. El material ideal para la cabina no solo debe ser transparente y resistente, también debe ser ligera. El vidrio convencional o también el vidrio templado son muy pesados, y en muchas ocasiones no son lo suficientemente resistentes, cave recalcar que en el aire una ruptura representaría un accidente inminente. El material ideal dado su flexibilidad y resistencia es el grafeno, un compuesto de carbono con propiedades tales como la ligereza y resistencia, esta propiedad se la da la disposición de sus moléculas de carbono, las cuales tienen un patrón muy similar a la de los cubiles de una colmena de abejas, ósea poseen una forma poligonal, lo cual hace que sus moléculas estén fuertemente adheridas. 1.2.

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 este resorte? Explique No se puede usar, el material es de tipo cerámico, excelente para la resistencia a altas temperaturas a golpes y a tracción, pero su elevada dureza lo vuelve poco flexible y maleable y en un resorte se quiere eso, que el material sea maleable, flexible y con bajas propiedades de dureza sin embargo dicho material no presenta estas características.

1.3.

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 fabrica el indicador? ¿Cuáles son las propiedades importantes que debe poseer el material del indicador? los indicadores de temperatura utilizan la dilatación de dos metales cortados en las minas, los cuales se expanden o contraen conforme cambia la temperatura. La dilatación de dichos materiales está directamente relacionada con su coeficiente de dilatación. Para la fabricación de estos indicadores se utilizan materiales muy sensibles a los cambios de temperatura (es decir poseen un coeficiente de dilatación bajo) de tal forma que se dilaten en dirección del cambio de temperatura. 1.4.

Para el diseño de una aeronave que pueda volar sin detenerse una distancia de

30 km, mediante energía humana ¿Qué tipo de propiedades de materiales son recomendables? ¿Qué materiales podrían ser apropiados? Los materiales deben ser ligeros y resistentes, deben soportar su propio peso más el peso de la o las personas que lo impulsan, adicional a eso deben soportar los esfuerzos combinados que generan las fuerzas aerodinámicas, los materiales más apropiados y que cumplen con estas características son los polímeros, su baja densidad les permiten ser muy ligeros y resistentes, no obstantes para reforzar su resistencia a los diferentes esfuerzos, se dispondría de una estructura interna de fibra de carbono. 1.5.

Se colocará en órbita un micro satélite de tres pies de diámetro. El satélite

contendrá equipo electrónico delicado, tendrá que enviar y recibir señales de radio de la tierra. Diseñe la carcasa exterior dentro de la cual quedara alojado el equipo electrónico. ¿Qué propiedades se requieran y que materiales pudieran ser considerados? El criterio fundamental que se tiene a la hora de seleccionar materiales aptos para la construcción del satélite es que sea ligero y muy resistente. Además, de soportar altas temperaturas al estar expuestos a la luz directa del sol, lo cual puede derretir la carcasa y dañar seriamente el equipo electrónico y a las bajas temperaturas que se generan por falta de la luz solar que como en el caso anterior puede causar daños irreversibles. Para la construcción de la carcasa se podría disponer del 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 cubierta 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. 1.6.

¿Qué propiedades debe tener la cabeza del martillo de carpintero? ¿Cómo se

fabricaría la cabeza de la herramienta? Como propiedades principales debe tener un índice de dureza alto para poder tolerar los impactos constantes de tal manera que su integridad no se vea afectada, también debe ser pesado o tener alta densidad y no ser maleable ni elástico, para generar un mejor impacto a la hora de trabajar. La fabricación de estas herramientas se hace a partir de barras de acero (es decir de una sola pieza) que son calentadas por inducción por debajo del punto de fusión que son 1000ºC esto permite el moldeo a través de golpes de forja, luego pasan por un proceso de templado a 500ºC lo cual le da las propiedades antes mencionadas, y finalmente se le da un acabado brillante con pulimentos y detalles como el mango o sujeción. Cave recalcar que el hecho de que la herramienta se forje en una sola pieza ofrece ya de por si una alta resistencia por parte de la herramienta. 1.7.

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? Los transbordadores como tales deben soportar altas temperatura, presión e impacto al momento de salir de la atmosfera y deben resistir en desgaste aerodinámico al reingresar a la atmosfera terrestre, la fricción aerodinámica y el calor generado producen un desgaste muy elevado del caso, adicional a eso deben ser muy ligeros para evitar el alto consumo de combustible al despegar. Las tejas de cerámica por su parte tienen propiedades de refracción y son ligeras, lo que llevo a optar por estas para el diseño del casco, y la estructura interna de aluminio brinda un soporte rígido y ligero a la vez. 1.8.

Se debe seleccionar un material para los contactos eléctricos de un conmutador

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, Al2 O3? 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. 1.9.

El aluminio tiene una densidad de 2.7gr/cm3 suponga que se desea producir un

material compuesto basada en aluminio con una densidad de 1.4gr/cm3. Diseñe un material que tenga esa densidad. ¿pudiera ser una posibilidad introducir esferas de polietileno de una densidad de 0.95gr/cm3 dentro del aluminio? Explique Para la producción de un material de una densidad más baja que el aluminio se requiere otro material con una densidad inferior a la del aluminio, debe tener una densidad de aproximadamente 1.5gr/cm3. La combinación del aluminio con materiales cerámicos puede permitir la creación de espacios “vacíos” dentro del material lo que permitiría la reducción de su densidad considerablemente. La posibilidad de usar polietileno queda descartada o no es viable, ya que posee un punto de fusión más bajo que el aluminio, el cual es de 70ºC lo cual no permite la inserción de las esferas, estas esferas se derretirían y evaporarían antes de que se pudieran fijar. 1.10. 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. Para identificar los distintos materiales de forma rápida, se lo puede realizar empíricamente en el caso de los metales a través del magnetismo, ósea usando imanes, si el imán se fija, estaremos frente a una aleación de hierro, ya que el alto contenido de ferrita promueve la adherencia magnética, en el caso de los polímeros o plásticos se los puede diferencias de acuerdo a la resistencia que posean y su ligereza. 1.11. 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.

Algunos de los métodos que se utilizan en la separación de materiales, ya sean metálicos o no metálicos se basan en las densidades de cada material, por ejemplo utilizando los datos de las diferentes densidades ya que el metal menos denso al momento de la fusión empezara a flotar sobre el más pesado, pudiendo separarlos por vibración al estar fríos. Otro método que se puede utilizar en los metales es la atracción magnética, el cual consiste en aplicar un campo magnético se pueden separar las aleaciones, este método puede llegar a ser ineficiente ya que solo sirve para los metales que contienen ferrita. Algunos métodos utilizan químicos para lograr la separación de los metales pero resultan nocivos para el ambiente, sim embargo representan una forma fácil para la separación de los materiales. 1.12. Algunos pistones para motor de automóvil 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? Los aportes de carburo al aluminio le dan a la cabeza y en si a la estructura del pistón una mayor tenacidad y resistencia a las altas temperaturas ya que dentro del cilindro pueden producirse temperaturas de hasta 800ºC lo cual está por encima del punto de fusión del aluminio. Uno de los problemas que se pueden generar en la producción del componente es que reduce las velocidades de producción, es decir el material es tan duro que los procesos de maquinado deben ser más lentos, o de lo contrario se dañaría el componente y las máquinas de conformado.