1.- A menudo el hierro se recubre con una delgada capa de zinc cuando se va a utilizar utilizar en el exterior. exterior. ¿Qué características características le da el zinc a este metal recubierto, recubierto, es decir galvanizado? ¿Qué precauciones debern tomarse en consideraci!n en la "abricaci!n de este producto? ¿#!mo se a"ectar la capacidad de recicla$e 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 especfico, 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 gal!anizado. "uando se recicla el material, el cinc se perderá por la oxidación y la !aporización, a menudo produciendo un #pol!o de zinc# que pueda representar un peligro ambiental. $n equipo especial puede ser necesario para recoger y reciclar el pol!o de zinc. %.- &e desea producir una cabina transparente para una aeronave. &i se utilizara una cabina cermica 'vidrio de ventana tradicional(, las piedras o los p$aros pudieran romperla. )ise*e un material +ue minimice da*os o por lo menos impida +ue la cabina se rompa en pedazos.
Podra usarse un material polim%rico transparente #!idrioso# tal como el policarbonato. &lgunos polmeros presentan razonablemente buenas propiedades de impacto y pueden resistir el al rompimiento rompimiento de la cabina. cabina. 'os polmeros polmeros tambi%n tambi%n pueden pueden ser endurecidos endurecidos para resistir el impacto mediante la introducción de peque(os glóbulos de caucho o elastómero, en el polmero) estos glóbulos me*oraran la capacidad de absorción de energa del material compuesto de polmeros, que es demasiado peque(o como para interferir con las propiedades ópticas del material. .- os resortes en espiral deben ser mu resistentes rígidos. /l &i 0 es un material resistente rígido. ¿&e podría seleccionar este material para un resorte? /xpli+ue.
'os resortes están destinados a resistir las fuerzas elásticas ele!adas, donde se estiran sólo los enlaces atómicos cuando se aplica una fuerza. El nitruro de silicio cumple con este requisito. Sin embargo, nos gustara tambi%n 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. 'os materiales cerámicos tales como nitruro de silicio no tienen prácticamente ninguna ductilidad, malas propiedades de impacto, y, a menudo son difciles de fabricar y sin introd introduci ucirr alguno algunoss peque( peque(os os defecto defectoss que causan causan al fracaso fracaso inclus incluso o para para fuerzas fuerzas relati!amente ba*as. -o se recomienda el nitruro de silicio.
.- A veces se "abrican indicadores de temperatura a partir de una tira de metal en espir es piral al,, la cu cual al se di dila lata ta un una a di dista stanc ncia ia es espe pecí cí"ic "ica a cu cuan ando do se in incr crem emen enta ta la temperatura. ¿#!mo "unciona el indicador?2 ¿de +ué tipo de material se "abricaría el in indi dicad cador or?2 ?2 ¿c ¿cul ules es so son n la lass pr prop opie ieda dade dess imp import ortan ante tess +u +uee de debe be po pose seer er el material del indicador?
aterial ateriales es bimetál bimetálico icoss son produc producido idoss por uniend uniendo o dos dos material materiales es con diferen diferentes tes coeficientes de dilatación t%rmica entre s, formando un compuesto laminar. "uando 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 disp dispos ositi iti!o !o bobi bobina na o dese desenr nrol ollar lar,, depe depend ndie iend ndo o de la dire direcci cción ón del del cambi cambio o de temperatura. temperatura. Para que el material material para lle!ar a cabo bien, los dos materiales materiales debe tener muy muy difer diferent entes es coefi coefici cien ente tess de expa expans nsió ión n t%rmi t%rmica ca y debe debe tene tenerr alto alto módu módulo lo de elastici elasticidad dad suficien suficiente te para para que ningun ningunaa deform deformació ación n permane permanente nte del materi material al se produce. 3.- 4ara el dise*o de una aeronave +ue pueda volar sin detenerse detenerse una distancia de 5 6il!metros, mediante energía humana ¿+ué tipo de propiedades de materiales son recomendables? ¿Qué materiales podrían ser apropiados?
/ales aerona!es 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. impuso. Por otra parte, debe ser lo más ligero posible para asegurar que el ser humano humano puede generar traba*o suficiente para operar la aerona!e. 'os materiales compuestos, especialmente los basados en una matriz de polmero, podra comprender la mayor parte de la aerona!e. 'os polmeros 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 rgidas de !idrio, de carbono, o de otros polmeros. "ompuestos con la resistencia y rigidez. 7.- &e colocar en !rbita un micro satélite de tres pies de dimetro. /l satélite contendr e+uipo electr!nico delicado, +ue enviar recibir se*ales de radio de la 8ierra. )ise*e la carcasa exterior dentro de la cual +uedar alo$ado el e+uipo electr electr!n !nico ico.. ¿Qué ¿Qué prop propie ieda dade dess se re+u re+uer erir irn n +u +uéé mater material iales es pu pudi dier eran an ser considerados?
'a cáscara del micro sat%lite debe satisfacer !arios criterios. El material deberá tener una densidad ba*a, lo que minimiza el peso de sat%lite, de modo que se puede le!antar económicamen económicamente te a su órbita, el material material debe ser fuerte, duro y resistente resistente al impacto, impacto, a fin de asegurar que cualquier #pol!o espacial# que pudieran afectar el sat%lite se no penetrar y da(ar los equipos electrónicos, el material debe ser transparente para las se(ales de radio que permiten la comunicación entre el sat%lite y de la tierra y el materia materiall deberá deberá propor proporcio cionar nar alguno algunoss de aislami aislamient ento o t%rmico t%rmico para para asegura asegurarr que el calentamiento solar no da(ar los componentes electrónicos. $n enfoque podra ser el
uso de una capa compuesta de !arios materiales. 'a superficie exterior puede ser una muy delgada capa de metal reflectante que ayudara a refle*ar el calor solar. El cuerpo principal de la Shell podra ser una fibra de peso ligero compuesto reforzado que ofrezca resistencia resistencia al impacto +impidiendo +impidiendo la penetración de partculas partculas de pol!o, pol!o, pero sera transparente a las se(ales de radio. 9.- ¿Qué propiedades debe tener la cabeza del martillo de carpintero? ¿#!mo se "abricaría la cabeza de la herramienta?
'a cabeza de un martillo dese estar hecha de un material resistente al impacto, duro y pesado para que el golpe tenga mayor fuerza, es ligeramente cur!eada por un lado y posee porosidades para e!itar que el martillo se s e resbale res bale al momento de cla!ar, y por el otro, tiene una ranura, para sacar los cla!os. Principalmente, se utilizan metales y polmeros de alta dureza para realizar las cabezas de los martillos. Entre los que destaca el acero. 'a fabricar la cabeza se comienza con una barra de acero que es fundida en un horno de inducción a más de 0111 1", para que el acero sea maleable. "on fuertes golpes el acero es for*ado de la forma de la cabeza del martillo y se lo de*a enfriar. Posteriormente se procede a pulirlo para retirar cualquier cual quier porosidad que tenga en su exterior. -ue!amente se lo calienta y se lo enfra rápidamente para asegurar su dureza, esto se conoce como proceso de templado y por último se le coloca el mango deseado.
:.- /l casco casco de un trans transbo bord rdad ador or espaci espacial al est est "ormad "ormado o por por te$ te$as as cermi cermica cass adheridas a un recubrimiento de aluminio. Analice los re+uerimientos de dise*o de dich dicho o casco casco +u +uee lleva llevaro ron n a util utiliz izar ar esta esta comb combin inaci aci!n !n de mater material iales. es. ¿Qué ¿Qué proble problemas mas para para la produc producci! ci!n n del casco casco tuvier tuvieron on +ue encarar encarar dise*ador dise*adores es "abricantes?
El casc casco o debe debe cons constr trui uirs rsee de un mate materi rial al resi resist sten ente te a los los gran grande dess camb cambio ioss de temperatura, al impacto mecánico y a la corrosión que se producen a la entrada y salida de la atmó atmósf sfer era. a. &demá demáss de un ba*o ba*o peso peso que que conl conlle le!a !a un menor enor cons consum umo o de combustible en el despegue y menor atracción gra!itatoria en el aterriza*e. 'o que indica que debe usarse un compuesto, pero tambi%n hay que tener en cuenta que el material debe ser de ba*o costo pues el casco es de gran superficie, de forma que se rechaza este material en fa!or de la combinación de materiales. &l no poder usar el compuesto sera 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 ah que se construyan te*as y se soporten sobre un armazón de aluminio que es un metal resistente y poco pesado.
;.- &e debe seleccionar un material para los contactos eléctricos de un conmutador eléctrico +ue "recuentemente se abre se cierra con "uerza. ¿Qué propiedades deber deber poseer poseer el material material del contact contacto? o? ¿Qué ¿Qué tipo tipo de materi material al recome recomenda ndaría? ría? ¿&ería una buena selecci!n la al
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 embargo no se puede emplear la alúmina, alúmina, pues actúa como material cerámico, que sir!e de aislante t%rmico y el%ctrico.
15.- /l aluminio tiene una densidad de %.9 g >cm . &uponga +ue se desea producir un material compuesto basado en aluminio con una densidad de 1.3 g >cm . )ise*e un materia materiall +ue tenga tenga esa densida densidad. d. ¿4udie ¿4udiera ra ser una posibi posibilid lidad ad introd introduci ucirr es"eras de polietileno de una densidad de 5.;3 g>cm dentro del aluminio? /xpli+ue.
Para producir un material compuesto basado en aluminio con una densidad de 0,3 g4cm5, se tendra que seleccionar un material que tenga una densidad considerablemente menor que 0,3 g4cm 5. ientras que el polietileno tiene un punto de fusión muy ba*o en comparación con el aluminio, lo que hara muy difcil introducir el polietileno en una matriz sólida de aluminio, los procesos tales como la fundición o metalurgia de pol!os destruira el polietileno. Por lo tanto el polietileno no sera una posibilidad probable. $n enfoqu enfoque, e, sin embarg embargo, o, podra podra ser la introd introducc ucción ión de cuenta cuentass de !idrio !idrio huecas. huecas. &unque los !idrios de cerámica tienen densidades comparables a la de aluminio, un cordón hueco tendrá una densidad muy ba*a. El !idrio tambi%n tiene una temperatura de fusi fusión ón alto alto y podr podra a ser ser intr introd oduc ucid ido o en el lqu lquid ido o de alum alumin inio io como como para para el procesamiento de una pieza de fundición. 11.- &e debern identi"icar distintos materiales sin tener +ue recurrir al anlisis +uímico o a largos procedimientos de prueba. )escriba algunas técnicas posibles de prueba de clasi"icaci!n +ue se pudieran utilizar con base en las propiedades "ísicas de los materiales. a( 4rueba de chispas
Es un m%todo sencillo para determinar a ni!el mundial los principales componentes de una muestra de hierro fundido, acero al carbono o acero aleado. El m%todo tambi%n
puede proporcionar información sobre el tratamiento t%rmico al que fue sometida la muestra +tales como el recocido o endurecimiento. b( étodo de aire comprimido 6entro de las aplicaciones aplicaciones industriales, industriales, los componentes componentes que utilizan utilizan fluidos fluidos a presión presión !an tomando una gran preponderancia y su aceptación se uni!ersaliza cada !ez más a medida que se !an desarrollando nue!as aplicaciones. Es por esta razón que el aire comprimido se ha con!ertido en la segunda fuente de energa utilizada en la industria, despu%s de la energa el%ctrica, ahora otra gran fuente es el gas.
Si se pregunta por qu% el aire comprimido, la respuesta es por su !elocidad y su rapidez de respuesta de traba*o. Su acción no es tan rápida como la el%ctrica, pero si es notablemente más rápida que la hidráulica. Por otra parte podemos pensar que la energa neumática tiene como materia prima el aire atmosf%rico el cual se puede tomar en la cantidad cantidad necesaria, necesaria, totalmente gratuito, para comprimirlo comprimirlo y transformarlo transformarlo como fuente fuente de energa. c( as pruebas de encendido automtico
'a 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, espectr oscopia, espectrometra, espectrometra , y otros m%todos para #obser!ar# 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 o*o humano. 1%.- &e necesitan separar "ísicamente distintos materiales en una planta de recicla$e de chatarr chatarra. a. )escrib )escriba a algunos algunos métodos métodos posible posibless +ue pudiera pudieran n utiliz utilizarse arse para para separar materiales como polímeros, aleaciones de aluminio aceros.
&pro!echando las propiedades fsicas distintas entre polmeros, aleaciones de &l y acero, podemos !er diferentes formas de separación2 a( 4ropiedades magnéticas
Pasando un imán sobre los desechos materiales, podemos separar el acero del resto ya que %ste contiene 7e en su composición y, en muchos casos, le proporciona propiedades magn%ticas. 'os otros dos materiales no son magn%ticos pero podemos separarlos por los siguientes m%todos. b( @ía electrolítica.
Poniendo los materiales desechos en una disolución con dos electrolitos, podremos separar los materiales de &l de los polmeros ya que el aluminio queda adherido a los electrolitos debido a sus propiedades el%ctricas, mientras que los polmeros quedaran en la disolución +materiales aislantes c( 4or di"erencia de densidad
8ntroduciendo los materiales en una disolución o una corriente de lquido se obser!a que los más densos serán los primeros en caer +precipitar. 6e esta forma, el orden de salida sera2 aceros +mayor densidad, aluminio y polmeros +menor densidad 1.- Algunos pistones para motor de autom!viles pueden producirse a partir de un material compuesto +ue contiene pe+ue*as partículas duras de carburo de silicio en una matriz de aleaci!n de aluminio. /xpli+ue /xpli+ue el bene"icio bene"icio +ue aporta cada uno de los materiales del compuesto al pist!n. ¿Qué problemas pudieran causar las distintas propiedades de ambos materiales en la producci!n de dicho componente?
El aluminio ofrece una buena transferencia de calor debido a su alta conducti!idad t%rmica. /iene 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 tambi%n tiene una alta temperatura de fusión. 9frece buena resistencia al aluminio, incluso a temperaturas ele!adas. Sin embargo puede haber problemas de la producción del material, por e*emplo, el e l carburo de silicio no puede ser distribuido uniformemente en la matriz de aluminio si los pistones son producidos por fundición. Es preciso asegurar as egurar una buena unión entre las partculas partc ulas y el aluminio. 'a qumica de superficie por lo tanto debe ser entendida. 'as diferencias en la expa expans nsió ión n y cont contrac racci ción ón con con los los cambi cambios os de tempe temperat ratur uraa pued pueden en pro! pro!oc ocar ar des des cementado e incluso grietas en el compuesto.
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'os materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. 6esde el comienzo de la ci!ilización, los materiales *unto con la energa han sido utilizados por el hombre para me*orar su calidad de !ida, como los productos se encuentran fabricados a base de materiales estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro. 6ebido al progreso y a los programas de in!estigación cada da son más los materiales que se están creando. 'a produc producció ción n de nue!os nue!os material materiales es y el procesa procesado do de estos estos hasta hasta con!ert con!ertirl irlos os en pro prod ductos ctos acab acabaados, dos, con constit stituy uyeen una parte rte imp importa rtante de nue nuestra stra eco economa actu ctual. al. 'os ingenier niero os dise(an la mayora de los productos y los procesos necesarios para la fabricación de estos. "omo la pro prod ducci cción necesi cesitta mater ateriiale ales ent entonces ces los ingenieros deben conocer de la estructura y propiedad de estos) de modo que sean capace pacess de sele selecc ccio iona narr el más adec adecu uado para ara cada ada aplicación y el me*or m%todo para su proceso.