Durante esta semana he estado analizando los materiales y realizando pruebas en ellos, en concreto de la madera y el metal, que son los 2 materiales que me interesan por el momento.
LA MADERA
¿Qué es la Madera?
La madera es una de las materias prima de origen vegetal más explotada por el hombre. Se encuentra en los árboles de tallo leñoso (que tienen tronco) encontrando su parte más sólida debajo de la corteza del árbol. Se utiliza para fabrican productos de gran utilidad como mesas, sillas y camas, muebles en general y en tecnología se usa para realizar muchos proyectos.
La madera es un recurso renovable, abundante, orgánico, económico y con el cual es muy fácil de trabajar.
Veamos un corte del tronco de un árbol y como se llaman sus partes:
Composición de la Madera
Está formada por fibras de celulosa, sustancia que conforma el esqueleto de los vegetales, y lignina, que le proporciona rigidez y dureza.
Por las fibras circulan y se almacenan sustancias como agua, resinas, aceites, sales…
En su composición están en mayoría el hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno con cantidades menores de potasio, sodio, calcio, silicio y otros elementos.
La Madera se descompone por parte de microorganismos tales como bacterias y hongos o daños por parte de insectos, por tal razón es importante darles un tratamiento que evite su deterioro.
Tipos de Maderas
– Maderas Blandas: Son las de los árboles de rápido crecimiento, normalmente de las coníferas, árboles con hoja de forma de aguja. Son fáciles de trabajar y de colores generalmente muy claros. Constituye la materia prima para hacer el papel. Ejemplo: Álamo, sauce, acacia, pino, etc.
– Maderas Duras: Son las de los árboles de lento crecimiento y de hoja caduca. Suelen ser aceitosas y se usan en muebles, en construcciones resistentes, en suelos de parqué, para algunas herramientas, etc. Las antiguas embarcaciones se hacían con este tipo de maderas. Ejemplo: Roble, Nogal, etc.
– Maderas Resinosas: Son especialmente resistentes a la humedad. Se usa en muebles, en la elaboración de algunos tipos de papel, etc. Ejemplos: Cedro, ciprés, etc.
– Maderas Finas: Se utilizan en aplicaciones artísticas, (escultura y arquitectura), para muebles, instrumentos musicales y objetos de adorno. Ejemplo: Ébano, abeto, arce, etc.
– Maderas Prefabricadas: La mayoría de ellas se elaboran con restos de maderas, como virutas de resto del corte. De este tipo son el aglomerado, el contrachapado, los tableros de fibras y el táblex.
Según la longitud de sus fibras, las maderas pueden ser clasificadas en maderas de fibras largas y maderas de fibras cortas.
También se clasifican según su grano fino y grano grueso
Aquí os muestro una tabla con los tipos de maderas según su grano y si son aceitosas o resinosas:
Propiedades de la Madera
La disposición de las fibras de la madera, su tamaño, orientación, el contenido de humedad, el tamaño de los poros, etc., determinarán sus propiedades. Dependiendo de las propiedades serán mejor para un uso o para otro. Existe mucha diferencia entre las propiedades de una madera u otra, por eso hablaremos de las generales:
La Madera es aislante térmico y eléctrico.
Es buena conductora del sonido (acústico).
Es un Material renovable, biodegradable y reciclable.
Es dúctil, maleable y tenaz.
El color es debido a las sales, colorantes y resinas. Las más oscuras son más resistentes y duraderas.
La textura depende del tamaño de los poros. Condiciona el tratamiento que debe recibir la madera.
Las vetas se deben a la orientación y color de las fibras. La densidad depende del peso y la resistencia.
La Densidad, Cuanto más tiene la madera es más resistente. Casi todas las maderas tienen una densidad menor que la del agua, lo que les permite flotar.
Las maderas de baja densidad (hasta 0.5 gr/cm3) se conoce como coníferas.
Las de alta densidad (mayor a 0.5 gr/cm3) se conoce como latifaliadas
Flexibilidad, es la facilidad para ser curvadas en el sentido de su longitud, sin romperse ni deformarse. La tienen especialmente las maderas jóvenes y blandas.
La hendidura, consiste en la facilidad que contiene la madera en partirse o rajarse en el sentido de la fibra. La resistencia será menor si es de fibra larga y carece de nudos, así como si está verde la madera.
Dureza o resistencia al corte, que dependerá de la mayor o menor cohesión entre sus fibras. Está en relación directa entre la mayor cantidad de fibras y la menor cantidad de agua. Por ejemplo, una zona de nudos tendrá mayor cohesión de sus fibras que una zona limpia, por tanto será más dura y resistente al corte.
¿Cómo se Obtiene la Madera?
El primer paso es la tala de los árboles, que conlleva mucha maquinaria, sierras, camiones y cuerdas y todo el resto de los equipos usados en cosechar y transportar los troncos, además del personal que se encarga de ello. Una vez derribados los árboles se podan, cortando sus ramas, lo que conlleva más herramientas, personal, etc. Los troncos son transportados a la serrería, mediante muchos camiones, que son conducidos por los transportistas, aunque si pensamos en todos los procesos que hay detrás de cada accion tendriamos que añadir los de fabricación de ruedas para el camión, del metal que recubre el vehiculo, del aire que llena cada rueda, de fabricacion del motor y su puesta a punto, y sin olvidar de nuevo a todo el personal que hace falta. Una vez en la serrería, se les quita la corteza (descortezado), los troncos se cortan en tablas o tablones, lo que se denomina Tronzado.
Para evitar deformaciones y hacerla más duradera y ligera se seca, con una maquinaria especial y creada para eso mismo, para reducir la cantidad de agua que tiene. Por último se eliminan las irregularidades mediante el cepillado, gracias al uso de herramientas, muchas de ellas hechas de madera y otras muchas de metal.
METALES
Los metales son un grupo de elementos químicos con unas características que los hacen muy útiles para nosotros, entre las que destacan la conductividad ( caso del cobre ), la resistencia mecánica ( hierro y acero ), la resistencia a las altas temperaturas ( wolframio ), etc.
Todos ellos son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio.
Los metales no suelen presentarse en la naturaleza en forma pura, sino
formando óxidos que se encuentran en los minerales. Por ejemplo, la Hematita es un mineral que contiene óxido férrico ( Fe2O3 ) con algunas trazas de otros minerales como aluminio, magnesio, etc. Otro mineral usado para obtener el hierro es la magnetita.
Aunque hay otros metales que se presentan en forma pura, como las pepitas de oro.
En general, se puede decir que los metales tiene las siguientes propiedades:
- Maleabilidad: Podemos hacer láminas de muchos de ellos al pasar por rodillos especiales o con otras técnicas donde se le somete a esfuerzos de compresión.
- Ductilidad: Con técnicas apropiadas, formamos hilos al someterlo a esfuerzos de tracción.
- Tenacidad: Esto sería lo contrario de la fragilidad, o sea, los metales presentan gran resistencia a romperse cuando reciben golpes.
- Resistencia mecánica: Cuando los sometemos a las diferentes fuerzas ( tracción, torsión , comprensión..) suele comportarse muy bien.
- Dureza . La dureza de los metales es muy variable. Tenemos el acero con una gran dureza o el aluminio , que es considerado un metal blando. La dureza se define como la resistencia que presenta un material a ser rayado.
Además de las anteriores, también son opacos, con alta densidad, alto punto de fusión y muy buenos conductores del calor y la electricidad.
Podemos clasificar los metales en base al color, la densidad, lo resistentes que sean.. Sin embargo, dado que el hierro ha sido el metal mas usado con mucha diferencia, los metales se suelen clasificar en ferrosos ( si tienen hierro) y no ferrosos ( no tienen hierro ).
Ferrosos
La gran ventaja de este material es su precio relativamente bajo y la capacidad de unirse con otros elementos para mejorar sustancialmente sus propiedades. Veremos el caso del acero.
He aquí una representacion de un tipo de acero ( la estructura cristalina, o sea, como se colocan los átomos en el material )
Las bolas grises representan los átomos de hierro y las azules los de carbono.
Estos metales ferrosos, a su vez se pueden clasificar segun el tipo de carbono que tengan (hierro dulce, aceros o fundiciones).
No ferrosos
Estaño, cinc, aluminio y cobre.
Aleaciones (latón y bronce)
La mezcla de varios elementos químicos, ( uno de ellos debe se metal ) da lugar a un nuevo material mejorando alguna de las propiedades. A este nuevo material, le llamamos aleación.
Métodos para obtener los metales
La naturaleza ( excepto algunos casos ) no nos ofrece los metales en su forma pura, y por tanto, a partir de un mineral donde le encontraremos en forma de óxido, hacemos un tratamiento para extraerlo. Veremos dos sistemas. El alto horno y el sistema de electrólisis
Alto Horno. 1ª Parte.
En alto horno vamos a obtener el mineral de hierro provocando la fundición del mineral junto a piedra caliza y coque ( carbón ).
La piedra caliza se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente y el carbón como material combustible
El alto horno tiene, normalmente, una altura de unos 30 metros y para evitar la pérdida de calor, las paredes suelen estar hechas con ladrillos refractarios con aislantes especiales.
La mezcla de las 3 sustancias es introducida por la parte superior donde también se encuentra unos respiraderos para la salida de los gases de la combustión. Además tenemos la entrada del aire ( necesario para que se produzca la combustión del coque ) y salidas para la escoria y el arrabio.
El esquema básico se muestra en la imagen superior y consiste en
- Se añade alternativamente capas de carbón, piedra caliza y mineral de hierro ( punto A).
- En el punto B y por medio de unos fuelles, se fuerza la entrada de aire para que haya una buena combustión de la mezcla
- Parte del carbón quemado pasa al hierro y otro se combina con el oxígeno para formar gases
- La parte que nos interesa y que contiene el material de hierro desciende a la parte mas baja del horno (C) de donde obtenemos el arrabio
- Las sustancias de desecho ( escoria ) flotan sobre el hierro fundido y son evacuadas por el D.
Gracias a este horno tenemos la reacción química
Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe
Afino. 2ª Parte.
Cuando tenemos el material de hierro dentro del arrabio, el porcentaje de carbono que contiene es demasiado alto y por tanto, hay que reducirlo hasta determinados porcentajes, según queramos aceros, fundiciones ..
Para ello usamos un horno convertidor.
Es muy sencillo. Con el arrabio cargado en una gran cubeta, se introduce una lanza por la que entramos el oxígeno. El oxígeno en contacto con el carbono que sobra produce una reacción por la que aporta mas calor y se produce CO2.
Se suele añadir chatarra a la mezcla para reutilizar el material de nuevo.
El tiempo que esté la lanza dentro del convertidor determinará cuanto carbono quedará en la cubeta y de esa manera obtenemos el hierro o la fundición ” a la carta”.
Bibliografía:
http://www.tecnologia-informatica.es/
