CUESTIONES PRÁCTICAS CORRESPONDIENTES AL TEMA 1

CUESTIONES PRÁCTICAS CORRESPONDIENTES AL TEMA 1
(CURSO 05-06)
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...
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Metales: podría utilizarse en un principio porque su coste es medio, es dúctil y a
la vez duro. Sin embargo tienen baja resistencia a alta temperatura y a la
corrosión, aparte de ser muy pesados. Se desprecia.
Cerámico: son resistentes a las altas temperaturas y a la corrosión. Sin embargo
no pueden utilizarse debido a su poca manejabilidad, baja tenacidad y fragilidad
(presencia de pequeñas grietas)
Polímeros: son muy manejables y resistentes a la corrosión. Sin embargo se
desprecian debido a su baja resistencia a las temperaturas altas y baja resistencia
mecánica
Eléctricos: se desprecian pues su uso es básicamente para dispositivos
electrónicos
Superconductores: rechazados por fragilidad, inestabilidad química y
condiciones de trabajo
Compuestos: especialmente indicados debido a su gran resistencia mecánica,
bajo peso, ductilidad y manejabilidad.
(comisión C del GRUPO 5)
2) Algunos indicadores de temperatura se fabrican a partir de una tira de metal en
espiral, la cual se dilata una cantidad específica cuando se incrementa la
temperatura. Explicar detalladamente su funcionamiento. ¿Que material elegiría
para la fabricación del indicador por qué y por qué no otros?
El indicador de temperatura está fabricado de una tira metálica enrollada en espiral y en
cuyo extremo exterior está una aguja señalizadota en una escala graduada. Al calentarse
la espira, el calor dilata el metal y la espira se desenrolla. Debido a este efecto, la aguja
cambia de posición marcando un valor tabulado de la temperatura. Se utilizan tiras
metálicas porque estos materiales se dilatan notablemente con la temperatura, poseen el
mayor coeficiente de dilatación respecto a todas las demás clases de materiales.
Para la carcasa que rodea a la espira metálica se debería elegir un material compuesto
pues es resistente mecánicamente, resistente a los cambios bruscos de temperatura y
fácilmente moldeable para las distintas formas de la carcasa. A altas temperaturas los
polímeros y, en menor medida, los metales se deforman luego no son adecuados. Los
cerámicos no son moldeables y los eléctricos se usan sólo en electrónica.
(comisión C del GRUPO 4)
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. ¿Qué 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, mientras que en el interior, se encuentran transmisores de
radio para enviar datos y circuitos electrónicos para almacenarlos.
Por tanto para la fabricación de la carcasa exterior se utilizarán materiales con
propiedades optoelectrónicas, por ejemplo fotoconductores (materiales eléctricos). En la
carcasa interior se almacenan aparatos eléctricos con dispositivos microelectrónicos,
para éstos se necesitarán materiales con alta conductividad eléctrica y bastante ligeros
(basados en el silicio). Para proteger dichos aparatos de los posibles golpes o
vibraciones, se emplean recubrimientos de materiales aislantes como polímeros que
aportan dureza, resistencia, protección a la humedad y bajo peso.
(comisión C del GRUPO 3)
4) 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.
Las propiedades físicas y químicas de los materiales empleados en la fabricación del ala
de un avión son: resistencia a la presión, a la temperatura, al desgaste y a la corrosión;
rigidez; poco pesados; duros y aislantes
Todas estas propiedades las reúnen los materiales compuestos (composites), como las
resinas reforzadas con fibras de carbono o de vidrio. Las primeras aportan una
combinación de bajo peso, gran resistencia mecánica y rigidez. Por ello, estos
materiales compuestos se emplean frecuentemente en aplicaciones aeroespaciales.
Los compuestos con fibra de vidrio son más baratos pero menos resistentes a la tracción
que los reforzados con fibra de carbono.
Antiguamente se utilizaban aleaciones de Níquel-Aluminio pero se desecharon por ser
muy pesadas y de fácil corrosión.
(comisión C del GRUPO 1)
5) 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 utiliza.
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 ductilidad.
(comisión C del GRUPO 2)
6. 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 6)