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Este documento presenta tres objetos para estudiar sus propiedades mecánicas: un clip metálico de acero, un cenicero de vidrio y un tapón de corcho. Describe cada objeto y analiza propiedades como dureza, elasticidad, resistencia y otros para cada material.
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- 1. 2014 Jorge del Rincón Lorente 17/10/2014 Mercedes Pérez Propiedades mecánicas
- 2. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 2 Índice: Págs. 1. Introducción ……………………………………………..……………………………… 3 2. Presentación de los objetos ………………………………….…………………. 3 3. Propiedades mecánicas ……………………………………….……………. 5 4. Estudio de los objetos ……………………………………………………. 6 5. Tablas de estudio ………………………………………………………………... 10
- 3. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 3 1. Introducción Antes de comenzar con la presentación de los tres objetos seleccionados para la realización del ejercicio, realizaremos una pequeña introducción de lo que podremos ver a lo largo de la actual memoria. En primer lugar expondré una pequeña presentación de los tres objetos que he decidido estudiar en este trabajo. A continuación, veremos las propiedades mecánicas con una pequeña definición de cada una de ellas, estudiadas para este ejercicio. Y finalmente llevaré a cabo una pequeña comparación entre los diferentes materiales que se emplean en la actualidad en la fabricación de cada uno de los objetos seleccionados. Una vez explicado todo esto, daré comienzo al ejercicio. 2. Presentación de los objetos Clip metálico Se trata de un objeto metálico que posee un mecanismo tipo pinza con el cual se pueden agrupar documentos impresos de forma temporal. En sus comienzos, el clip, era de bronce pero esto conllevaba que su adquisición fuese un tanto cara. Se fue modernizando la idea hasta llegar a la actualidad donde el clip más empleado está hecho de acero. Tiene una medida aproximada de 32mm de largo por 8mm de ancho. En la actualidad, se fabrican clips de diversos materiales, como de cobalto, titanio o diferentes polímeros. Cada uno de ellos son empleados en diferentes usos que posteriormente expondré.
- 4. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 4 Cenicero de vidrio El cenicero es un recipiente destinado a recoger la ceniza de los cigarrillos así como a extinguir y recoger las colillas. Al igual que en el resto de objetos, los ceniceros actualmente se elaboran de mucho materiales diversos. Pueden ser cerámicos, metálicos o plásticos, entre otros. El recipiente a tratar por mi parte, tiene unas medidas aproximadas de 85mm de ancho por 85mm de largo. Es decir se trata de un cenicero de cristal cuadrado común. Tapón de corcho Se trata de una pieza de corcho empleada generalmente, que no únicamente, para el cierre de diversas botellas. Es especialmente importante en la industria vinícola para conseguir una adecuada conservación del vino y el cava. El corcho es un material poroso e impermeable que se extrae de la corteza del alcornoque. La industria española, es líder mundial en la producción de tapones de corcho de calidad. Como hemos dicho con anterioridad, las cosas van evolucionando, y los corchos se van modernizando, siendo también de materiales plásticos e incluso metálicos. Se trata de un elemento de unas dimensiones aproximadas de 24 mm de diámetro y 40-50 mm de longitud.
- 5. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 5 3. Propiedades mecánicas A continuación vemos las diferentes propiedades mecánicas que estudiaremos y de las que hablaremos refiriéndonos siempre a los objetos a tratar. - DUREZA: El grado de resistencia a la deformación permanente que sufre un metal bajo acción directa de una carga determinada (KxTS hasta 400 Brinell) - ELASTICIDAD: Se dice de la capacidad de un material elástico para recobrar su forma al cesar la carga que lo ha deformado, LE, y módulo de elasticidad, E. - RIGIDEZ: Resistencia a la deformación elástica. - RESILIENCIA: Cuantifica la energía de deformación (mm3) que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando cesa el esfuerzo que causa la deformación (durante la deformación elástica). - PLASTICIDAD: Capacidad de deformación permanente de un metal sin que llegue a romperse. - FRAGILIDAD: Expresa falta de plasticidad. - DUCTILIDAD: Alargamiento máximo por tracción antes de rotura (%). - TENACIDAD: Cuantifica la cantidad de energía almacenada por el material antes de romperse por esfuerzos de tracción progresivos. - FLUENCIA: Deformación plástica lenta y espontánea bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas. La deformación por fluencia aumenta con la temperatura. - FATIGA: Fenómeno por el cual si se somete una pieza a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes), se puede llegar a producir su rotura con cargas menores a las que producirían deformaciones. Una vez expuestas las propiedades mecánicas que tendremos en cuenta para elaborar el siguiente informe, pasaré a tratar por individual cada uno de los tres objetos elegidos con anterioridad.
- 6. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 6 4. Estudio de los objetos Objeto 1: CLIP DE METAL Este elemento puede estar hecho de varios materiales, pero el elegido para esta práctica en cuestión es un “clip metálico”, generalmente hechos de acero. Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material. Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras (resistencia al impacto). Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre. Estas son sólo algunas de las características mecánicas más significativas del acero, aparte de alguna más que está explicada con anterioridad en apartados anteriores. Como he dicho ya con anterioridad, el clip, puede estar hecho de diversos materiales. Algunos de ellos y su utilidad son los siguientes: - Los clips para aneurisma. Fueron desarrollados para el tratamiento quirúrgico de aneurismas cerebrales. Están hechos de cobalto (Co), - Velocidad, fácil aplicación, confiabilidad, económico, puede ser usado como marcador, ideal para cirugía laparoscópica y cirugía laparoscópica asistida con mano (HALS), puede alcanzar áreas de difícil exposición, el número limitado de tamaños ha generalizado su aplicabilidad, uso innovador a futuro, cirugía robótica (Da Vinci), anastomosis micro-vascular, a prueba de errores. Están hechos de Titanio (Ti). - Clip de polímero. Utilizado tanto para usos de sujeción de documentos así como para cirugía, como unión de vasos sanguíneos… Innovador sistema de ligadura que combina la seguridad de una sutura de 2.0 con la velocidad de un clip de metal para cirugía abierta y laparoscópica.
- 7. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 7 Objeto 2: CENICERO DE VIDRIO Los materiales de los que está hecho un cenicero son muy variados, como ya sabemos todos. Pero en este caso yo he decidido coger como ejemplo un “cenicero de vidrio” que es un claro ejemplo de material cerámico. Acompañando a esta tabla que muestra algunas de las propiedades del vidrio, creo que merece la pena ser explicado también: Resistencia a la tracción Varía según la duración de la carga y oscila entre 300 y 700 K/cm2. Para cargas permanentes, la resistencia a la tracción del vidrio disminuye en un 40%. A mayor temperatura menor resistencia a la tracción. Depende del estado de los bordes del vidrio. El borde pulido brillante es el más resistente, le sigue el borde arenado y por último el borde con un corte neto realizado con una rueda de carburo de tungsteno. Resistencia a la compresión 10.000 Kg/cm2, aproximadamente es el peso necesario para romper un cubo de vidrio de 1 cm de lado. Módulo de rotura para: - Vidrios recocidos 350 a 550 Kg/cm2 - Vidrios templados 1850 a 2100 Kg/cm2 Módulo de trabajo para: - Vidrio recocido, carga momentánea 170 Kg/cm2 - Vidrio recocido, carga permanente 60 Kg/cm2 - Vidrio templado 500 Kg/cm2 Está claro que un cenicero puede estar hecho de muchos y diversos materiales. Algunos de ellos pueden ser: - Plástico. Utilizados como ceniceros de bolsillo o de viaje. - Metal. Utilizado en zonas públicas como parques, entrada a lugares públicos… - Materiales compuestos, madera. Es otra de las opciones que podemos apreciar comúnmente.
- 8. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 8 Objeto 3: TAPÓN DE CORCHO El corcho posee cualidades únicas e inigualables que ningún ingenio humano ha logrado imitar o mejorar. Estas son algunas de las propiedades físicas y mecánicas más destacables: - Ligereza: se debe a que el 88% de su volumen es aire, lo que se traduce en una densidad baja. - Elasticidad: la elasticidad es la capacidad de recuperar el volumen inicial tras sufrir una deformación que justifica, entre otras, su utilización como en tapamiento. El corcho puede comprimirse hasta casi la mitad de su longitud sin perder ninguna flexibilidad, y recupera su forma y volumen en cuanto deja de presionarse. - Coeficiente de rozamiento elevado: la superficie del corcho queda tapizada por micro-ventosas que le permiten una gran adherencia y dificultan su deslizamiento. - Impermeabilidad: la difusión de líquidos y gases a través del corcho es muy dificultosa, gracias a la suberina y a los ceroides presentes en las paredes de sus células, el corcho es prácticamente impermeable a líquidos y gases. Su resistencia a la humedad le permite envejecer sin deteriorarse, de ahí que varias ánforas de vino halladas dentro del mar conservasen su cierre de corcho en perfectas condiciones. - Gran poder calorífico: la capacidad del corcho para generar calor es equivalente a la del carbón vegetal, alrededor de 7.000 Kcal/kg. - Fácilmente manejable: modificado artificialmente el contenido en agua del corcho, mediante hervido por ejemplo, se facilitan los procesos industriales, principalmente los de corte, al volverse más blando y elástico. - Bajo contenido en agua: la humedad de equilibrio del corcho con el ambiente, una vez eliminada la raspa, no supera el 9% de su peso, siendo normalmente del 6%. Esta baja humedad hace imposible la proliferación de microorganismos. - Aislante térmico: la función natural del corcho es proteger las partes vivas del árbol que lo genera. Su estructura alveolar (impidiendo circular el aire), el bajo contenido en agua y la falta de conductividad de sus compuestos le permite cumplir su función de aislante de forma efectiva. Presenta una resistencia al paso del calor treinta veces superior a la del hormigón. Si me entro más en el tapón de corcho en concreto y no tanto en el corcho en general, las propiedades más características de este elemento serían: - Ligereza, con un peso específico entre 0,13 y 0,25 g/cm³ - Elasticidad. - Compresibilidad, con gran capacidad de recuperación. - Adherencia, con un alto coeficiente de fricción. - Impermeabilidad a los líquidos y los gases. La penetración de oxígeno en una botella tapada con corcho es de 0,1 ml en un año. - Aislante término: es difícil que arda. - Químicamente inerte: raramente se pudre.
- 9. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 9 Sin más dilación diré que antiguamente el tapón de corcho se elaboraba con corcho 100% natural, pero en la actualidad se está derivando a materiales diferentes como: - Plástico. Actualmente se están fabricando cada vez más tapones de este material para cerrar botellas de vino y de otras bebidas que así lo requieren. - El tapón aglomerado es de corcho natural procesado con polvo de corcho y látex. - El tapón corona es una chapa metálica con forro interior de corcho de hasta 3 mm, utilizado para el cava y otras bebidas carbónicas. A continuación expongo la tabla de mis tres elementos valorando las propiedades requeridas en el guion de prácticas. Materiales Propiedades mecánicas Clip de acero Metal Cenicero de vidrio Cerámico Tapón de corcho Polímero Dureza 2 1 3 Rigidez 2 1 3 Fragilidad 3 1 2 Ductilidad 1 3 2 Tenacidad (Kic) 1 3 2 Para ayudarme a colocar los valores de la tabla anterior, me he guiado por las tablas existentes en los apuntes de clase prestados por la profesora. Los valores van del 1 al 3 siendo 1 mucho y 3 poco.
- 10. Propiedades mecánicas Universidad de La Rioja 10 5. Tablas de estudio