METALES Y ALEACIONES NO F

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(No Transcript)
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METALES Y ALEACIONES NO FÉRRICAS
Introducción resistencia específica
Las aleaciones no férricas se clasifican en
función del elemento mayoritario. Las más comunes
son de cobre, aluminio, magnesio y titanio. La
mayoría de sus aplicaciones están relacionadas
con la ligereza y resistencia. Se define
resistencia mecánica específica como Resistencia
mecánica específica Resistencia a la rotura /
Densidad
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El cobre y sus aleaciones
La aleación más común del cobre es el latón,
donde el cinc se considera el soluto y principal
componente de la aleación. En el diagrama se
observa En la fase a el latón es estable hasta
concentraciones de un 35 de Zc. Los latones a
son relativamente blandos, dúctiles y fáciles de
trabajar en frío. La fase ß es más dura y
resistente, las aleaciones aß se suelen trabajar
en caliente.
Los bronces, aleaciones de cobre y estaño que
pueden contener aluminio silicio y níquel son
más resistentes que los latones y tienen una gran
resistencia a la corrosión. Se emplean cuando se
necesita resistencia a la corrosión, a la
tracción y al desgaste. Las aleaciones de cobre
con menos del 1 de impurezas se emplean para
aplicaciones eléctricas.
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El aluminio y sus aleaciones
El aluminio y sus aleaciones se caracterizan por
su baja densidad (2,7 kg/dm3), su elevada
conductividad eléctrica y térmica, su
resistencia la corrosión y su elevada ductilidad.
Su principal limitación es su baja temperatura de
fusión (657º C).
Actualmente, se fabrican mucho aleaciones de baja
densidad con magnesio y titanio.
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El magnesio y sus aleaciones
La característica más relevante es su baja
densidad (1,74 g/cm3). Tiene una estructura HC,
relativamente blanda. A temperatura ambiente se
deforma con dificultad, la conformación se
realiza a temperaturas de 200-350º C. Las
aleaciones de magnesio son inestables y
susceptibles a la corrosión marina, pero son
relativamente resistentes a la corrosión
atmosférica. Es más caro que el aluminio,
presenta el inconveniente de que en estado
líquido arde en contacto con el aire, por lo que
en su fusión requiere una capa protectora de
fundentes. Aguanta peor que el aluminio la
fatiga. Los elementos más comunes como aleaciones
son aluminio, cinc y magnesio. Se utiliza en la
fabricación de aviones, armamento y ruedas de
automóviles.
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El titanio y sus aleaciones
Son materiales de reciente utilización, que
presentan propiedades interesantes. El titanio
puro tiene una densidad baja (4,5 g/cm3) y un
punto de fusión elevado (1668º C). Las aleaciones
son extremadamente resistentes, dúctiles y
fácilmente forjables. El mayor inconveniente del
titanio es su alto poder de reacción con otros
materiales a altas temperaturas. Su resistencia a
la corrosión es muy elevada. Se utiliza para la
construcción de aviones, vehículos espaciales y
en la industria petroquímica y química en general.
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MATERIALES CERÁMICOS
Generalmente son duros, frágiles, de alto punto
de fusión, de baja conductividad eléctrica y
térmica, con cierta estabilidad química y térmica
y alta resistencia a la compresión. Su
composición varía desde compuestos sencillos
hasta materiales de muchas fases enlazadas. Los
materiales cerámicos tradicionales simplemente
tienen arcilla sílice y feldespato como los
materiales empleados en construcción. Los que se
emplean en ingeniería son compuestos muy puros,
como alúmina (Al2O3), carburo de silicio (SiC),
nitruro de silicio (Si3N4).
Materiales cerámicos no cristalinos.

• El grupo más representativo de éstos materiales
  son los vidrios. Éstos en su proceso de
  enfriamiento, solidifican sin cristalizar. Las
  estructuras vítreas se forman uniendo los
  tetraedros de sílice para formar una estructura
  reticular no cristalina.
• Vidrios de silicato. La sílice fundida requiere
  una elevada temperatura. Normalmente éste tipo de
  vidrios contienen óxidos adicionales como el de
  plomo o aluminio que actúan como óxidos
  formadores de vidrio. la adicción de
  modificadores como el óxido de calcio o de sodio
  tienen como misión reducir la viscosidad del
  cristal líquido o bajar el punto de fusión para
  ahorrar energía.

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• Vidrios modificados de silicato. Los óxidos
  modificadores rompen la red de sílice cuando la
  relación oxígeno-silicio se incrementa
  significativamente. Por ejemplo si se agrega
  Na2O, hace que se formen cadenas o anillos.

Ordenación ideal de sílice con enfriamiento lento.
Vidrio modificado por Na2O

• Vidrios no silicatados. Los vidrios obtenidos a
  partir de BeF2, GeO2, fosfato de aluminio o de
  boro, presentan también estructura teraédrica. El
  vidrio de borato (B2O3) se forma combinando
  unidades triangulares. Algunos vidrios se forman
  combinando sílice y borato.

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Conformación de materiales cerámicos
Los productos tradicionales cerámicos y los
técnicos se fabrican compactando polvos en
matrices que son posteriormente calentadas a
fuertes temperaturas para enlazar las partículas
entre si. Las etapas son preparación del
material, conformado y tratamiento térmico.

• Preparación de materiales. La mayor parte de los
  productos están fabricados por aglomeración de
  partículas, a excepción de vidrios y hormigones.
  Se pueden añadir otros constituyentes, como
  aglutinantes y lubricantes. Las materias primas
  muy variadas están en función de las propiedades
  requeridas.
• Técnicas de conformado.
• Prensado en seco. Se utiliza para fabricar
  productos refractarios.
• Compactación isostática. Los polvos cerámicos se
  introducen en una matriz flexible a la que se
  aplica presión hidráulica. Se fabrican crisoles,
  herramientas de carbono, etc.
• Compresión en caliente. Se obtienen piezas de
  alta densidad y propiedades mecánicas
  optimizadas.
• Moldo en barbotina. Proceso de fundición por
  revestimiento.
• Extrusión. Los materiales en estado plástico se
  extrusionan a través de un troquel de embutir.
  Aislantes eléctricos, etc.

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Moldeo de barbotina por escurrido
Tratamientos térmicos

• Son la última etapa en la conformación de un
  material cerámico. Se puede hacer de diferentes
  formas
• Secado y eliminación de aglutinante. La
  eliminación de la humedad se logra calentando a
  100º C durante el tiempo necesario. La
  eliminación de los aglutinantes se logra
  calentando por encima de 200-300º C.
• Sinterización. Lo que se consigue es la
  transformación de un producto poroso en otro
  compacto, para ello se aplican altas presiones lo
  que produce una soldadura en frío y
  posteriormente se aplican altas temperaturas
  (sinterizado).
• Vitrificación. Se realiza en la porcelana y
  algunos componentes electrónicos. Mientras dura
  este tratamiento térmico a altas temperaturas, la
  fase vítrea se licua y pasa a rellenar los poros
  del material.

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POLÍMEROS
Son moléculas gigantes de origen orgánico.
Conforme aumenta el tamaño , se incrementa el
punto de fusión y se hace más resistente y
rígido. Son ligeros, resistentes a la corrosión
y buenos aislantes eléctricos pero tienen poca
resistencia y no son adecuados para usarlos a
altas temperaturas. Tienen muchas aplicaciones.

• Clasificación de los polímeros.
• En función del mecanismo de polimerización.
• En función de la estructura del polímero
• En función del comportamiento del polímero frente
  al calor.

Polimerización por mecanismos de adicción
Tiene lugar porque el monómero posee un doble
enlace covalente entre dos átomos de carbono. Es
un enlace no saturado, que puede cambiar a enlace
simple, con lo que los átomos de carbono siguen
unidos pero pueden añadirse moléculas
adicionales. Para comenzar el proceso de
polimerización por adicción se precisa un
iniciador como el agua oxigenada.
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Los enlaces entre los átomos de carbono en el
etileno se rompen y un grupo OH se une aun
extremo del monómero etileno. El grupo OH actúa
como el núcleo de una cadena. Una vez iniciada la
cadena la reacción continúa espontáneamente.
Polimerización por mecanismos de condensación.
Por acción del calor, de la presión o de un
catalizador, se pueden obtener polímeros lineales
por reacciones de condensación. La polimerización
del dimetil-ftalato y del etilenglicol se emplean
para producir PET o dracón
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Conformación de polímeros.
Se emplean muy diversas técnicas para conformar
polímeros termoplásticos, que se pueden calentar
a temperaturas próximas a la de fusión. En cambio
existen pocas técnicas que permitan conformar los
polímeros termoestables ya que el calor no se
puede utilizar para conformarlos, adquirida la
polimerización. Igualmente los elastómeros
después de su vulcanización no se pueden
conformar de nuevo.
Técnicas de conformación de polímeros
termoplásticos.

• Soplado

• Extrusión.

• Conformado al vacío

• Por inyección

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• Calandrado

• Hilado

• Por compresión

• Por transferencia

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TERMOPLÁSTICOS
Polietileno
Color entre transparente y blanquecino se suele
fabricar en delgadas películas. Es traslúcido. Se
obtienen gran variedad de derivados
coloreados. Existen dos tipos LDPE, de baja
densidad, y HDPE, de alta densidad. Es el
plástico más utilizado por su bajo coste de
producción y sus grandes aplicaciones
industriales. Entre sus propiedades destacan
gran tenacidad a temperatura ambiente y a bajas
temperaturas, buena flexibilidad, excelente
resistencia a la corrosión y buenas propiedades
aislantes. Se emplea en la fabricación de
contenedores, aislantes eléctricos, artículos
para el hogar, botellas moldeadas,
empaquetamiento y recubrimientos estancos.
Cloruro de polivinilo (PVC)
Es el segundo plástico mas empleado. Su extenso
uso se debe a su alta resistencia química y a su
facilidad para ser mecanizado con gran cantidad
de aditivos dando lugar a un elevado número de
compuestos con una gama muy amplia de propiedades
físicas y químicas. El PVC sin aditivos es fácil
de procesar. Se utiliza en la construcción de
tuberías, molduras y en el cableado eléctrico.
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En el PVC plastificado, aumenta las propiedades
de plasticidad, flexibilidad y extensibilidad. Se
usa en el revestimiento con tapicerías, zapatos,
bolsos de viaje, suelos electrodomésticos, etc.
Polipropileno (PP)
Es uno de los más baratos. Presenta una amplia
gama de propiedades que lo hacen muy utilizado en
la fabricación de productos manufacturados. Entre
ellas destacan resistencia química a la humedad y
al calor, baja densidad, buena dureza superficial
y flexibilidad notable. Se emplea para productos
del hogar, electrodomésticos, embalajes, varios
tipos de botellas, como material de refuerzo y
protección en el transporte y en la fabricación
de sacos y bolsas.
Polimetilmetacrilato (PMMA)
Duro, rígido y transparente. Es más resistente al
impacto que el vidrio. Se conoce como plexiglás.
Se utiliza para acristalar aviones,
embarcaciones, señales publicitarias, gafas de
seguridad y objetos de decoración.
Poliamidas (náilones)
Ofrecen una capacidad de soporte de carga óptima,
buena tenacidad, baja fricción y buena
resistencia química.
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Se usa en la fabricación de cojinetes no
lubricados, piezas antifricción y piezas que
requieren resistencia y rigidez.
Policarbonatos
Tienen alta resistencia, tenacidad y estabilidad
dimensional. Son buenos aislantes térmicos y son
trasparentes. Son resistentes a gran variedad de
productos químicos, pero son atacados por algunos
disolventes. Se usan en pantallas de seguridad,
levas, engranajes, cascos, lentes y vidrios de
ventana, etc.
Poliésteres
Presentan baja absorción de humedad, son
resistentes a muchos productos químicos y
aislantes. Se emplean en aplicaciones eléctricas
y electrónicas y en automoción.
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ELASTÓMEROS
Caucho natural
Se obtiene del látex, (liquido lechoso que se
extrae del árbol hevea brasiliensis). Se somete a
un proceso químico llamado vulcanizado. Tiene una
resistencia a la tracción relativamente baja, y
sus elongaciones son muy altas.
Neopreno
Es un caucho sintético. Posee mala flexibilidad a
bajas temperaturas, y buena resistencia frente a
la gasolina y los aceites. Se utiliza como
recubrimiento de cables, alambres y mangueras.
Cauchos de silicona. Silicón
Los cauchos de silicona tienen la ventaja de que
pueden ser empleados en un rango de temperaturas
que van de -100 a 250º C. Se emplean como
selladores, juntas de materiales, aislantes
eléctricos, etc.
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POLÍMEROS TERMOESTABLES
Fenólicos
Fueron los primeros utilizados (bakelita) se
siguen utilizando por su bajo coste y sus buenas
propiedades como aislante térmico y eléctrico.
Son fácilmente moldeables, de color negro o
marrón. Paseen elevada dureza, rigidez y una
notable resistencia química. Se utilizan en
componentes eléctricos. Muy usados para
tiradores, paneles y botonaduras. Se utilizan en
algunos tipos de maderas contrachapadas.
Resinas epoxi
Se usan como recubrimientos protectores y
decorativos por su buena adhesión y buena
resistencia mecánica y química. Se emplean en
electrónica por su buena resistencia dieléctrica.
Poliésteres insaturados.
Materiales de baja viscosidad, susceptibles de
ser mezclados con materiales de relleno y
reforzantes. Los piliésteres insaturados
reforzados con fibra de vidrio se utilizan en a
fabricación de paneles de automóviles y prótesis
así como para cascos de pequeñas embarcaciones
tuberías tanques y conducciones.
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LOS RESIDUOS
Las grandes concentraciones urbanas producen
millares de toneladas de restos que, por su
volumen y composición no es posible devolver a la
naturaleza son los RSU (residuos sólidos
urbanos.). Las actividades económicas son
potencialmente productoras de otro tipo de
residuos cuyo tratamiento es más problemático que
los RSU, ya que son más dañinos que los
anteriores son los RTP (residuos tóxicos y
peligrosos), procedentes sobre todo de las
actividades industriales.
TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

• Vertedero controlado
• Los residuos se compactan y se cubren con tierra
  formando capas. Se ha de prever un sistema de
  drenaje de lixiviados y chimeneas para la salida
  de gases, producto de la descomposición anaerobia
  de la materia orgánica enterrada.

• Incineración
• Es el método que permite una mayor reducción del
  volumen de residuos. El problema más grave es la
  formación de residuos gaseosos nocivos.

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• Producción de metano
• La descomposición natural (fermentación
  anaerobia) de la materia orgánica produce un gas
  rico en metano y dióxido de carbono en las mismas
  proporciones. Se realizan experiencias que
  permiten recuperar el metano y su utilización
  como combustible.

• Compostaje
• La materia orgánica separada del resto de los
  componentes de los RSU, se tritura con objeto de
  eliminar la mayor cantidad de agua posible y se
  coloca en un digestor para acelerar los procesos
  de degradación de la propia materia. El resultado
  es una especie de humus que sirve de abono
  llamado compost.

• Reciclado de materiales
• El papel representa el 25 del total de los
  residuos reciclables y es la materia más rentable
  de reciclar. El vidrio representa un 5 y su
  reciclado supone un importante ahorro energético.
  El aluminio representa 1. Los plásticos
  representan entre un 8 y 10, el principal
  problema para su reciclaje es heterogeneidad de
  su composición.
• La recogida selectiva en contenedores distintos
  es el mejor procedimiento para proceder al
  reciclado.

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RESIDUOS TÓXICOS Y PELIGROSOS

• Los RTP se pueden clasificar en los siguientes
  tipos
• Biocidas y productos filosanitarios como
  insecticidas, herbicidas, etc.
• Disolventes este grupo abarca una amplia gama de
  productos químicos, como hidrocarburos,
  alcoholes, cetonas, etc.
• Aceites y sustancias oleosas minerales aceites
  de engrase, de limpieza, etc.
• Tintes, colorantes, pinturas, lacas y barnices.
• Resinas, látex, plastificantes y colas.
• Productos pirotécnicos y otras materias
  explosivas.
• Jabones y materias grasas.
• Sustancias inorgánicas sin metales ácidos,
  bases, mezclas amoniacales.
• Escorias y cenizas procedentes de procesos de
  combustión.
• Partículas y polvos metálicos.
• Catalizadores usados.
• Lodos que contengan metales.
• Baterías y pilas eléctricas.

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TÉCNICAS DE TRATAMIENTO DE LOS RTP

• Incineración.
• Implica la exposición controlada de éstos a unas
  temperaturas por encima de los 900º C y en un
  medio oxidante. Un aspecto importante es la
  recuperación del calor de los humos, para
  producir calor y electricidad.
• Los residuos susceptibles de ser incinerados son
  cianuros sólidos, sólidos y lodos orgánicos
  halogenados y no halogenados.
• La gestión inapropiada de éstos sistemas supone
  una amenaza para la salud pública debido a la
  emisión de componentes potencialmente peligrosos.
• Los sistemas de incineración de RTP se diseñan
  incluyendo diversos sistemas de control de
  emisiones a la atmósfera.
• El diagrama de flujo de un sistema de
  incineración lo podemos ver en la diapositiva
  siguiente.

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Diagrama de flujo de un sistema de incineración.
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• Tratamiento físico-químico
• Los residuos sometidos a este tipo de
  tratamientos están constituidos por baños
  gastados de la industria de transformados
  metálicos y contienen sustancias de naturaleza
  inorgánica disueltas o en suspensión.
• Los residuos pueden agruparse en
• Lechadas de cal residuales.
• Baños alcalinos metálicos.
• Baños con sales metálicas.
• Baños clorhídricos y sulfúricos gastados.
• Baños cianurados.
• Baños con cromatos.
• Tanto las operaciones de neutralización de los
  distintos baños ácidos y alcalinos, como de
  tratamiento de baños cianurados y cromados,
  producen una gran cantidad de lodos, que deben
  llevarse a un depósito de seguridad.

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• Depósitos de seguridad.
• Depósito de seguridad es todo aquel vertedero
  emplazado sobre terrenos geológicos adecuados
  para el almacenamiento de los RTP. El depósito
  cumple la función de impermeabilizar los residuos
  durante extensos periodos de tiempo de forma
  segura. Se dispone también de materiales y
  técnicas de construcción que permiten mejorar las
  condiciones del emplazamiento.
• El depósito ha de dotarse de sistemas adecuados
  de impermeabilización y drenaje.
• Es necesaria la construcción de dos balsas de
  recogida, regulación y evaporación de
  escorrenterías y lixiviados. Estas balsas deben
  favorecer la evaporación, por lo que es
  necesaria una profundidad reducida y la mayor
  superficie posible.

RECUPERACIÓN O REUTILIZACIÓN DE LOS RTP

• La recuperación de residuos es una práctica cada
  vez más común en los países industrializados y se
  fundamenta en los siguientes aspectos.
• El poder calorífico de los residuos puede
  utilizarse como fuente de energía.
• La recuperación de componentes que pueden ser
  utilizados por otras industrias con el
  consiguiente ahorro de materias primas.
• Protección del medio ambiente.
• Generación de empleo en empresas de recogida y
  tratamiento de residuos.

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• Gestión de aceites usados.
• Aceites usados son los aceites con base mineral,
  que se hayan vuelto inadecuados para el uso que
  se les asignó inicialmente.
• El vertido incontrolado de aceites usados origina
  graves problemas de contaminación en tierras,
  ríos y mares, recubren con una película
  impermeable que impide la oxigenación.
• La combustión del aceite usado origina problemas
  de contaminación atmosférica, por los compuestos
  de Cl, P y S que producen gases tóxicos. Otro
  problema asociado al anterior es la presencia de
  Pb, que es emitido a la atmósfera en su
  combustión.
• La gestión de los aceites usados consiste, en la
  recogida y tratamiento y/o eliminación. El
  tratamiento enfocado a la reutilización, consiste
  en
• Regeneración y nueva producción de aceites de
  base, eliminando contaminantes, productos de
  oxidación y aditivos contenidos en el aceite
  usado.
• Combustión, utilizando el aceite usado como
  combustible en instalaciones de recuperación del
  calor generado y con equipos contaminantes
  adecuados.