Propiedades mecánicas y materiales cotidianos

1. CIENCIA DE
MATERIALES
Análisis de las propiedades de tres objetos compuestos principalmente de
metal, cerámica y polímero.
Alex Inza Gubía

2. Introducción
Este tercer ensayo tiene como objetivo estudiar las diferentes propiedades de 3 materiales distintos
pertenecientes a 3 grupos: metales, vidrios-cerámicos y polímeros. Para determinar estas cualidades
primero se elegirán tres objetos compuestos mayoritariamente por el material del grupo al que
pertenecen. Los objetos elegidos están compuestos mayoritariamente por acero, PLA y gres común.
Luego se establecerá una relación entre estos según sus propiedades.
Materiales empleados
Como se ha comentado en apartado anterior, los materiales utilizados han sido PLA como polímero,
Gres como cerámico-vidrio y acero como metal. A continuación, se habla un poco de cada material.
- PLA:
El PLA es un polímero compuesto por moléculas de ácido láctico, es por lo tanto un polímero
biodegradable y se sintetiza a partir de almidón de maíz, yuca o caña de azúcar. Su producción no
resulta costosa, puesto que estos materiales son sometidos a un proceso de fermentación por unas
bacterias que apenas requieren sustrato o nutrientes. La única pega de su producción es el tiempo de
fermentación (6 días) y la baja cantidad que se produce.
Este material ha cobrado una gran importancia en los últimos años por ser el principal material
utilizado en la impresión 3D además del ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), además este
material se lleva usando en la industria médica y farmacéutica por más de 25 años dadas sus
propiedades de biodegradabilidad y bioabsorbencia.
Es un polímero termoplástico que comparte casi completamente sus propiedades con las del
tereftalato de polietileno (PET).
-Acero
El acero es una mezcla de varios metales (aleación) pero está compuesto mayoritariamente por. El
acero es más duro y más fuerte que el hierro. El acero tiene una composición en carbono de
alrededor de un 0,02% y 1,7% por ciento de carbono. Las aleaciones que contienen más de ese
1,7% de carbono son conocidas como fundiciones de hierro. Con los avances acontecidos en las
últimas décadas en algunos aceros se reemplaza el carbono con otros materiales de aleación. El
proceso de obtención de este material ha ido avanzando con el tiempo, partiendo de un material
Ilustración 1: Pieza de impresa en 3D constituida de PLA.

3. difícil de obtener a uno ya habitual en cualquier industria y que se puede encontrar en cualquier
sitio. Se tienen nociones de producciones de acero de hace más de 2.500 años en la zona de la India,
en la edad media se producían pequeñas cantidades dada la dificultad de su obtención y el tiempo
que requería, pero se pueden encontrar cuchillos y espadas de este material. No fue hasta el siglo
XVII cuando se empezó a producir acero a mayor escala, siendo Inglaterra el precursor de la forma
en la que se consiguió. A partir de ahí fue vital en el proceso de la Revolución Industrial y la
fabricación de componentes mecánicos.
El proceso de obtención actual del acero por medio del uso de un convertidor es el siguiente:
Primero se introduce el arrabio (hierro recién fundido con alto contenido de carbono), chatarra, el
fundente (carbonato cálcico que se usa para limpiar las impurezas) y oxígeno para quemar el carbón
que no se ha quemado procedente del arrabio. El resultado es la escoria en la parte superior del
convertidor y el acero en la parte inferior. Luego solo habría que eliminar esa escoria en la parte
superior y verter el acero en moldes o en láminas.
-Gres
Es un material cerámico conformado por arcillas, sílice y fundentes. Se usa principalmente como
material para revestimientos de baldosas y pavimentos, aunque también se usa para hacer sanitarios,
vajilla y alfarería, por ejemplo.
Es un material con un amplio uso actual por sus propiedades, baja absorción de agua y dureza, que
lo hacen idóneo para revestir estructuras y protegerlas del exterior.
La producción del gres consiste en la obtención de las materias primas que luego se someten a un
proceso de lavado y de homogeneización. Luego se muelen para obtener partículas con las que se
pueda trabajar cómodamente y den resultados acordes al uso que se pretenda darles. Finalmente se
produce el proceso de conformado, en el que se le da la forma deseada y luego se somete a cocción
para acabar la conformación del material y obtener el producto final.
Ilustración 2: Cuchara de acero inoxidable.

4. Sustitutos de los materiales elegidos
Hoy en día se pueden utilizar una variedad de materiales para cubrir una función específica, por lo
tanto, se intentará buscar un material que pueda sustituir al material elegido.
El PLA es un material complicado de sustituir dada su propiedad de bioabsorbencia. Si quisiésemos
sustituirlo en términos de uso más extendido (impresión 3D) optaríamos por ABS, puesto que
comparte parte de sus propiedades y puede llevar a cabo su función sin problemas. Sin embargo, en
la industria médica/farmacéutica optaríamos por el titanio, que es otro de los materiales utilizados
en esta industria para la fabricación de prótesis y elementos supletorios. El PLA también se usa
ampliamente en la industria textil dado su bajo peso molecular, por lo tanto, dado que el nylon es
otro plástico con un amplio uso en esta industria, este sería uno de sus grandes sustitutos capaz de
desempeñar la misma función.
En lo que respecta al acero, este tiene un uso muy variado, se usa en la construcción, en la industria
alimenticia, herramientas…
Si quisiésemos sustituir al acero en la industria de la construcción, podríamos optar por madera si la
complejidad del proyecto nos lo permitiese u hormigón siguiendo la misma lógica que con la
madera. Por el contrario, en la industria alimenticia podríamos utilizar una cerámica o madera si
quisiésemos sustituir los utensilios de esta industria. Las herramientas han permitido a nuestra
civilización avanzar a lo largo de los años, y no siempre ha habido acero con las que elaborarlas, se
ha utilizado bronce, hierro, piedra e incluso madera, cualquiera de estos materiales nos valdría
dependiendo del uso específico de la herramienta.
Para sustituir al gres podría usarse cualquier cerámica no porosa que fuese capaz de logar un
aislamiento del agua. Losas de mármol, granito, cuarzo…
Ilustración 3: Baldosas de gres.

5. Estudio mecánico de los materiales
PLA Acero Gres
Dureza [HB] escala
Brinell
15 250 1485
Rigidez [N/m] 2,3 189,6 68,5
Fragilidad (elasticidad
[Mpa]·10⁴)
0,032 10 31,6
Ductilidad [%] de
elongación
100 30 0
Tenacidad [MPam1/2
] 1,5 50 4
Estos valores se han determinado utilizando las tablas proporcionadas por la responsable de la
asignatura y por los medios consultados en Internet.
Teniendo los valores reales de cada material, podemos determinar el orden con el que un material se
desenvuelven respecto a los otros materiales.
PLA Acero Gres
Dureza [HB] escala
Brinell
3 2 1
Rigidez [N/m] 3 1 2
Fragilidad (elasticidad
[Mpa]·10⁴)
1 2 3
Ductilidad [%] de
elongación
1 2 3
Tenacidad [MPam1/2
] 3 1 2
Bibliografía
https://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada
https://www.empresascarbone./pdf/ficha-tecnica-del-acero-inoxidable.pdf
http://www.eis.uva.es/~biopolimeros/alberto/pla.htm
http://hxx.es/2015/03/12/materiales-de-impresion-3d-i-pla-acido-polilactico/
http://www.qualicer.org/recopilatorio/ponencias/pdfs/0423121s.pdf
Y los apuntes y tablas proporcionados por la responsable de la asignatura.