CUESTIONES CORRESPONDIENTES AL TEMA 1:

CUESTIONES PRÁCTICAS CORRESPONDIENTES AL TEMA 1:
1) Se desea construir una cabina transparente para una aeronave. Indique el material
mas adecuado para su fabricación teniendo en cuenta, entre otros, los siguientes
condicionamientos: resistencia a golpes y diferencias de presión, temperatura, peso...
Debería ser un material que fuese una mezcla de plástico y vidrio que reúna la ligereza del
plástico y soporte bien los cambios de temperatura y presión como le sucede al vidrio. El
contener algo de plástico también evita algo de peso en dicho material.
También podría pensarse en los llamados vidrios de seguridad que se componen de dos
hojas de vidrio y entre ambas una red metálica muy fina e imperceptible a simple vista.
E incluso podría usarse el llamado metacrilato.
(comisión C del GRUPO 7)
2) Algunos indicadores de temperatura se fabrican a partir de una tira de metal en
espiral, la cual se dilata una cantidad especifica cuando se incrementa la temperatura.
Explicar detalladamente su funcionamiento. ¿Que material elegiría para la
fabricación del indicador porque y porque no otros?
Los materiales son muy buenos conductores del calor debido a que existe un número muy
elevado de electrones libres que participan en la conducción térmica. Esto provoca que la
espiral metálica se dilate una cantidad específica con un pequeño aumento de temperatura.
El material indicado podría ser un metal de alta pureza, o bien aleaciones Fe-Co o Fe-Ni,
las cuales tienen un coeficiente de dilatación elevado y evitan las tensiones térmicas y las
roturas.
(comisión C del GRUPO 1)
3) S e desea colocar en orbita un microsatélite de telecomunicaciones de 1 m de
diámetro que sirva para enviar y recibir señales de radio desde la tierra. Dicho
microsatélite contendrá equipo electrónico muy delicado. ¿ Que propiedades se
requerirán y que materiales podrán ser seleccionados para la fabricación de la
carcasa externa y del interior?
Los satélites están alimentados por células fotoeléctricas que se colocan en la carcasa
exterior en grandes paneles y en su interior se encuentran transmisores de radio para enviar
datos y circuitos electrónicos para almacenarlos.
Por tanto para la fabricación de estos grandes paneles se requirirán materiales con
propiedades ópticas adecuadas(fotoconductores) que interaccionarán con la radiación para
cambiar la configuración electrónica de sus átomos. Cuando la energía luminosa incide en
la célula fotoeléctrica, existe un desprendimiento de electrones de los átomos que
comienzan a circular libremente en el material.
Un material adecuado para la fabricación de estas células es el silicio(extraído de la arena
común). A partir de barras con estructura no cristalina se genera una barra con estructura
monocristalina mediante un proceso electrónico, que además le confiere propiedades de
aislante eléctrico y luego se pone en forma de obleas(para proceso de fotoconducción
visitar www.iespana.es/naturaeduca/energ-fotovol.htm). El procesado en obleas es
sumamente adecuado para aplicaciones aeroespaciales por su ligereza.
El principal inconveniente de este sistema es que la técnica de fabricación de obleas es
costosa y compleja, ya que la energía solar es inagotable y la materia prima para la
obtención de Si es arena común.
Para el almacenamiento de datos se requiere la creación de microcircuitos electrónicos
formados por materiales con alta conductividad eléctrica y bastante ligeros. En este caso
también se usan obleas de Si, por sus adecuadas propiedades electrónicas. Se logra así,
colocar circuitos muy complejos en un chip de pequeñísimo tamaño y espesor. Los
circuitos se encapsulan mediante aislantes como polímeros epóxicos que además de gran
dureza y resistencia al impacto confieren una gran protección frente a la humedad.
(comisión C del GRUPO 3)
4) El casco de un trasbordador espacial esta formado por tejas cerámicas adheridas a
un recubrimiento de aluminio. Analiza los requerimientos de diseño de dicho casco
que llevaron a utilizar esta combinación de materiales. ¿Qué problemas tuvieron que
tratar los fabricantes para el diseño previo y la posterior fabricación del casco?
Requerimientos:
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 composite,
pero también hay que tener en cuenta que el material debe ser de bajo coste pues el casco es
de gran superficie, de forma que se rechaza este material en favor de la combinación de
materiales.
Problemas:
Al no poder usar el composite 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.
(comisión C del GRUPO 4)
5) Se necesita separar físicamente distintos materiales en una planta de reciclaje de
chatarra. Describe algunos métodos posibles que se podrían utilizar para separar
polímeros, aleaciones de aluminio y acero ,según las propiedades físicas de estos
materiales.
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)
(comisión C del GRUPO 5)
6) Describe con detalle algunas propiedades físicas y mecánicas cuya consideración es
fundamental a la hora de diseñar el material para el ala de un avión. Explique
brevemente los materiales empleados durante la historia de la aeronáutica y que
adelantos han ido introduciendo.
A la hora de diseñar el ala de un avión es importante utilizar materiales los cuales
sean muy resistentes (alta resistencia a la presión y a la temperatura), duros, que sean
materiales ligeros, que proporcionen alta resistencia al calor y al desgaste, que posean poca
fricción y aislantes.
Actualmente los materiales adecuados que se usan a la hora de la fabricación de las
alas de un avión son fibras de carbono (materiales compuestos, composites). Se usan fibras
de carbono y de vidrio. Los materiales compuestos de fibras de carbono-epoxi se usan en
alas y motores de aviones, ya que son resistentes y poco pesados, algo importante para esto.
Anteriormente de usan aleaciones a base de níquel, aluminio; pero actualmente se
usan mayoritariamente fibras, ya que el níquel y aluminio son fácilmente corrosivos y
podrían estropearse más fácilmente, y además son más pesados que las actuales fibras.
Estos materiales tienen unas propiedades físicas y mecánicas muy variadas. El
inconveniente de estos materiales compuestos es que son muy costosos, aunque en este tipo
de vehículos que de por si son muy costosos no es un grave problema, ya que por otra parte
son los más adecuados.
(comisión C del GRUPO 6)
7) Diseñe los materiales mas adecuados para fabricar :
a) una taza
b) un cable que trasporte una corriente eléctrica intensa.
una taza. Normalmente se utilizan materiales cerámicos o plásticos que son
buenos aislantes térmicos debido a su baja conductividad térmica.
Los vasos desechables de poliestireno expandible son especialmente
eficaces, ya que contienen muchas burbujas de aire que mejoran mucho su capacidad
aislante. En realidad es posible considerar a estos vasos como hechos de un polímero con
un gas.
Las tazas metálicas son poco usadas, ya que su alta conductividad térmica
permite que el calor se transfiera rápidamente y llegue a quemar las manos de quien la
utilica.
un cable que transporte una corriente eléctrica intensa. El material que
conduzca la corriente debe tener una alta conductividad eléctrica por lo que se puede
seleccionar un alambre metálico, como el Cu. Para su aislamiento se utiliza un material
polimérico, que presenta características adecuadas como aislante, a la vez que tiene buena
ductibilidad.
(comisión C del GRUPO 2)
8.Hoy en día los botes de bebida, gaseosa o natural, se fabrican básicamente de
aleaciones de aluminio con un 1 por ciento de Mn. ¿ Que condiciones debe cumplir un
material que se elija para tal fin? Explicar las ventajas de dicho compuesto metálico
frente a los demás tipos de materiales. ¿Por qué se prefiere el aluminio frente al vidrio
o el níquel? ¿Qué otros materiales comienzan a ser una alternativa a dichas aleaciones
como recipientes de bebida?
Algunos de los requerimientos que debe cumplir el material empleado en la fabricación de
botes de bebida son los siguientes:
a) Material barato puesto que se empleará para fabricar enormes cantidades de
productos
b) Ligero pues los botes de bebida deben transportarse fácilmente
c) Maleable (o de forma manejable) para poder darle una forma cilíndrica
d) Resistente a la corrosión (oxidación) puesto que los botes contienen líquidos
basados en el agua o son almacenados al aire
e) No tóxico ni que pueda contaminar la bebida, por razones obvias
f) Moderadamente resistente a la presión puesto que muchas bebidas contienen gases
g) Debe impedir el escape de gases (cierre estanco sin poros que evite la difusión)
El Aluminio es un metal barato (por su abundancia y técnica sencilla de procesamiento),
muy maleable y ligero. Entre todos los metales, el Al es particularmente resistente a la
corrosión (inoxidable) y no permite la difusión de gases a través suyo. Finalmente, este
metal no es tóxico ni suele interaccionar con otros compuestos.
Los materiales electrónicos no son adecuados para estos fines tan corrientes. Los cerámicos
no son manejables y además son muy pesados. Los materiales compuestos serían caros y
además, en muchos casos, reaccionarían con la bebida o los gases del interior. Si los botes o
contenedores no van a situarse en entornos de alta temperatura, los polímeros podrían ser
una alternativa (actualmente lo son).
El vidrio se empleaba anteriormente pues con la técnica de soplado puede manejarse muy
bien. Ese material es barato e inerte. Sin embargo, el vidrio es pesado y frágil, de ahí su
substitución. En cuanto al Níquel, metálico como el Aluminio, las razones de su
substitución son su facilidad de oxidación , toxicidad en algunos ambientes y su peso.
(Comisión C del GRUPO 8)