Informe p1 samuel_ibáñez_ibáñez

UNIVERSIDAD DE LA RIOJA

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

ITI ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Y AUTOMÁTICA

CURSO 2015/2016

CIENCIA DE MATERIALES

PRÁCTICA DE LABORATORIO 1 GRUPO A3

SAMUEL IBÁÑEZ IBÁÑEZ

UNIVERSIDAD DE LA RIOJA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA Práctica 1 PRÁCTICAS DE CIENCIA DE MATERIALES CURSO 2015/2016

Grupo A2: Samuel Ibáñez Ibáñez 2

Índice 1. OBJETO METÁLICO: ACERO INOXIDABLE .......................................................................... 3 1.1. Cambio de material para una aplicación ..................................................................... 4

2. OBJETO PLÁSTICO: PVC .............................................................................................................. 5 2.1. Cambio de material para una aplicación ..................................................................... 6

3. OBJETO CERÁMICO: PORCELANA .......................................................................................... 7 3.1. Cambio de material para una aplicación ..................................................................... 7

4. TABLA COMPARATIVA ................................................................................................................ 8



1. OBJETO METÁLICO: ACERO INOXIDABLE

El primer objeto escogido es un tornillo metálico de acero inoxidable de 8 mm de diámetro y 45’6 mm de largo tal y como muestra la imagen.

El acero inoxidable es una aleación de acero con un mínimo del 10 % al 12 % de cromo contenido en masa. Otros metales que puede contener por ejemplo son el molibdeno y el níquel. El molibdeno logra mejorar su resistencia a la corrosión por cloruros y otras propiedades.

El acero inoxidable es un acero de elevada resistencia a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales aleantes que contiene, poseen gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro (los metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxígeno son oro y platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los que contienen fósforo). Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno.

Dependiendo del porcentaje de níquel y cromo que contengan, así como el de carbono, existen diferentes tipos de aceros inoxidables. Los aceros inoxidables que contienen cromo y Ni equivalente inferior al 8 % se llaman ferríticos. Los aceros ferríticos son magnéticos. Aceros entre 0,1% y 1 % en carbono se llaman aceros inoxidables “martensíticos” y son templables. Por último, Los aceros inoxidables que contienen más de un 12 % de Ni equivalente al 17 % de Cr equivalente, más de un 25 % de Ni equivalente a 0 % de Cr equivalente, y menos de un 34 % de Cr equivalente a 30 % de Ni equivalente, se llaman Aceros austeníticos. Además también están los aceros dúplex y de precipitación y de enfriamiento.

Los tornillos se utilizan en el mercado con diversos materiales según la aplicación. Existen los tornillos de plástico, comúnmente utilizados para labores de fontanería porque no se oxidan. También se utilizan tornillos de latón para trabajos sobre madera y montajes decorativos, al igual que para madera también se usan tornillos de cobre, bronce o aluminio. Por último citaré los tornillos de titanio que se usan en la industria aeronáutica ya que requieren gran calidad y alta resistencia mecánica; también se utilizan para motocicletas, bicicletas y artículos de hobby ya que dichos tornillos



mejoran el aspecto y las prestaciones de los de acero; y por último para usos industriales ya que en este caso la propiedad que se busca en el tornillo o pieza solicitada es principalmente su resistencia al ataque de todo tipo de ácidos.

1.1. Cambio de material para una aplicación

Un tornillo de acero inoxidable para madera se podría cambiar por uno de aluminio ya que abarataría el coste y serían mucho más ligeros.



2. OBJETO PLÁSTICO: PVC

El objeto elegido ha sido un trozo circular de un tubo de PVC de 93,9 mm de diámetro interior y de 96,25 mm de diámetro exterior con un ancho de 32’4 mm. Las medidas han sido realizadas con un calibre. La imagen muestra el trozo de PVC escogido.

El policloruro de vinilo (PVC) es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo. Es el derivado del plástico más versátil. Este se puede producir mediante cuatro procesos diferentes: Suspensión, emulsión, masa y solución.

Se presenta como un material blanco que comienza a reblandecer alrededor de los 80 °C y se descompone sobre 140 °C. Es un polímero por adición y además una resina que resulta de la polimerización del cloruro de vinilo o cloroeteno. Tiene una muy buena resistencia eléctrica y a la llama.

En la industria existen dos tipos:

1. Rígido: para envases, ventanas, tuberías, las cuales han reemplazado en gran medida al hierro (que se oxida más fácilmente), muñecas antiguas.

2. Flexible: cables, juguetes y muñecas actuales, calzados, pavimentos, recubrimientos, techos tensados...

El PVC se caracteriza por ser dúctil y tenaz; presenta estabilidad dimensional y resistencia ambiental. Tiene un amplio rango de durezas. Además, es reciclable por varios métodos.

Los tubos de PVC se utilizan en canaletas y plomería en general. Pero también se usan en el mercado otros materiales para realizar el objeto para aplicaciones variadas y distintas. Por ejemplo un tubo de acero inoxidable puede constituir un tubo de escape.

También existen tubos de aluminio cuya función es indispensable en el sector aeroespacial ya que forma parte importante en la construcción de aviones, además de que en el sector automovilístico también han cobrado especial importancia en la actualidad con la fabricación de piezas fundidas, radiadores, estructuras y carrocerías. Además investigando he encontrado otra utilidad a los tubos de aluminio que no me



imaginaba; un mueble hecho con tubos de aluminio, he aquí un enlace que muestra un vídeo de su fabricación: https://www.youtube.com/watch?v=ex4NZ0SCnFs .

Otro ejemplo sería un tubo de vidrio que tiene multitud de aplicaciones, una de ellas muy conocida en nuestras casas como los tubos de fluorescente que iluminan nuestras casas, o cualquier recinto, ya sean empresas, fábricas o cualquier otro tipo de lugar. Otra aplicación de los tubos de vidrio podrían ser los tubos de ensayo utilizados en cualquier laboratorio de química para contener pequeñas muestras líquidas o sólidas.

Por último otro caso sería tubos de porcelana para resistencias eléctricas. Como se ve se puede fabricar el mismo objeto (en este caso un tubo) con muchísimos materiales diferentes los cuales darán a aplicaciones totalmente distintas.


Los tubos de PVC son muy comunes en tuberías, un cambio de material que se podría hacer sería al cobre. Las tuberías de PVC no se utilizan si se necesita transportar agua caliente ya que el calor puede deformar la tubería e incluso hacer que se derrita totalmente. Sin embargo el cobre es un metal con una alta resistencia a la corrosión y puede soportar sin ningún problema temperaturas muy altas. Además el cobre aguanta mejor los ciclos de dilatación. Con ello se lograría que pudiera circular temperatura más alta por el interior de las tuberías sin riesgo de que se dañara la tubería, además de que se evitarían riesgos para la salud como se cree que puede entrañar el PVC. En cuanto a propiedades el cobre además es más elástico y dúctil.



3. OBJETO CERÁMICO: PORCELANA

El tercer elemento elegido es un cuchillo de porcelana de 12,5 cm de largo.

La porcelana es un material cerámico producido de forma artesanal o industrial y tradicionalmente blanco, compacto, duro, translúcido, impermeable, resonante, de baja elasticidad y altamente resistente al ataque químico y al choque térmico, utilizado para fabricar los diversos componentes de las vajillas y para jarrones, lámparas, esculturas y elementos ornamentales y decorativos.

Por regla general se compone de los siguientes materiales en polvo: caolín entre un 50 % y un 55 %, cuarzo entre un 22,5 % y un 25 %, feldespato entre un 22,5 % y un 25 %, cuarzo y feldespato molidos, para la cubierta, óxidos metálicos para los colores y oro de amalgama en el caso en que se quiera dorar algunas partes.

Los cuchillos de cerámica están cada día más en boga, sumándose al catálogo de opciones para quienes están en proceso de compra o renovación de su set de cuchillos. Tienen muchas ventajas como que son ligeros, el afilado de la hoja cerámica permite hacer cortes con gran facilidad, es muy resistente al desgaste… Sin embargo no suelen ser todavía muy usuales así que en el mercado también se realizan cuchillos con otros materiales. El material más usado es el acero inoxidable y son los cuchillos que nosotros solemos usar cotidianamente. También se utilizan cuchillos de plástico, que son idóneos para manipular frutas y verduras ya que con este tipo de utensilios el alimento no se oxida. Por último, también existen cuchillos de titanio ( y no me refiero de acero con un recubrimiento de titanio) que los convierte en mucho más ligeros y tiene gran uso para cortar verduras, frutas, carne y pescado con cortes precisos o para lonchear, aunque para trocear partes duras de carnes y pescados no sirve.


Para mi cuchillo cerámico el cambio de material que propondría sería cambiarlo a acero inoxidable ya que el precio de los cuchillos cerámicos es bastante superior a los convencionales, no pueden cortar cosas duras si se quiere mantener en buen estado el filo y lo más importante porque son muy frágiles haciendo que cualquier golpe seco, por ejemplo el que se nos caiga al suelo, haga que se rompa, cosa que no pasa con los de acero inoxidable.



4. TABLA COMPARATIVA

Objeto y material

Propiedad mecánica

Tornillo de acero inoxidable

Tubo de PVC Cuchillo de porcelana

METAL PLÁSTICO CERÁMICO

DUREZA 1 3 2

RIGIDEZ 2 3 1

FRAGILIDAD 2 3 1

DUCTILIDAD 2 1 3

TENACIDAD Kic 1 2 3

Para ordenar de este modo sus propiedades me he fijado principalmente en tablas y gráficos, alguno de los cuales han sido proporcionados por la profesora, los cuales muestro a continuación:





Gracias a esto, he podido observar cuales tenían más o menos dureza, tenacidad y ductilidad ( y con esta última fragilidad). El PVC es un termoplástico por lo que se puede apreciar en la tabla anterior que es el más dúctil de los tres elementos viendo en la tabla que su ductilidad expresada como elongación porcentual es de 100 siendo la mayor de todos los elementos disponibles, mientras que la de los cerámicos es 0 siendo la menor y no siendo nada dúctil; el acero inoxidable presenta una posición intermedia con un 55 si es el acero inoxidable es austenítico. A su vez se considera entonces que el PVC es el menos frágil y la cerámica la más frágil ya que cuanto más dúctil es menos frágil.

A continuación con estas tablas que presento, y un dato encontrado que es que el módulo de elasticidad de la porcelana es de 69 GPa, compararé el módulo de elasticidad de los tres elementos y con ello comparo la dureza de cada uno:

Propiedades mecánicas del PVC

Propiedades mecánicas del acero inoxidable

En el PVC pasándolo a GPa compruebo un módulo de elasticidad de 3 GPa siendo el menor de los tres, y el mayor el del acero inoxidable con un módulo de elasticidad de entre 190 y 210 GPa. Entonces el material más duro es el acero inoxidable y el que menos el PVC. En las tablas proporcionadas al principio se podía observar claramente que el PVC era el de menor módulo de Young pero no se podía aclarar cual era mayor



entre el acero inoxidable y la porcelana. Además en estas tablas también se pueden encontrar la dureza del acero inoxidable y del PVC viendo la comparación ya comentada, sin embargo no he encontrado datos de dureza acerca del PVC pero se ve gracias a su módulo elástico que el que presenta un dureza intermedia entre los tres.

Para la tenacidad en las tablas iniciales se puede ver que el acero es bastante más tenaz que los otros dos elementos, y que el menos tenaz es la porcelana, dado que encima el PVC se caracteriza por su ductilidad y tenacidad.

Para la rigidez me he basado en las propiedades de cada material y he buscado información acerca de su resistencia a la deformación elástica. Dicha información me ha conducido a compararlos del modo que he hecho.

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