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7. Aplicacion de los materiales I

7.1 Industria Basica y extractiva

La industria pesada o industria bsica est dedicada a la extraccin y transformacin

de las materias primas, tales como las minas en que se extraen los minerales usados

en la siderurgia, el petrleo y la fabricacin de la maquinaria necesaria para tales

fines, entre otras.

En la industria pesada se pueden distinguir las industrias por sectores como son la

metalrgica, la petrolera, la qumica y la extractiva. A diferencia de la industria

ligera (que pertenece al sector secundario), requiere de una considerable mayor

cantidad de mano de obra y de ms trabajo como descomponer elementos qumicos

o extraer materiales y sus procesos, susceptibles por tanto de contaminar al medio

ambiente.

La industria pesada puede subdividirse de acuerdo a sus ramos de ocupacin como

son los siguientes.

7.1.1 Industria extractiva

Tiene relacin directa con la extraccin de recursos naturales del suelo, subsuelo o

de los ocanos. Es conocida tambin en algunos casos como la agricultura, la minera

o las plantaciones de algunas especies de rboles para conseguir madera o papel. Se

encarga de abastecer con las materias primas necesarias al proceso productivo

mediante la extraccin inicial, transformacin primaria y el tratamiento de las

materias primas obtenidas de los procesos extractivos, en algunos casos las

industrias extractivas estn relacionadas a la contaminacin y el desequilibrio de

ecosistemas por accidentes como derrames de petrleo o monocultivos.

La clase de industrias extractivas se pueden asociar a la diversidad de productos que

aprovechan del subsuelo, pudiendo identificarse bsicamente las siguientes ramas

de la industria:

Industria Petrolfera.

Industria Minera.

Industria Maderera y del Papel.

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7.1.2 Industria siderrgica

La industria siderrgica tiene una gran dependencia de las materias primas de

carcter mineral, demanda de inversiones muy elevadas y ocupa mucho suelo

industrial. La industria siderrgica proporciona un sinfn de productos tales como

aleaciones de metales, lingotes, partes forjadas, tubos, planchas de aleaciones,

hierro, aluminio y cobre refinados; y maquinaria bsica como herramientas de mano,

y en casos excepcionales herramientas de mano elctricas.

7.1.3 Industria qumica

La industria qumica es variada, ya que utiliza una gama mayor de materias primas;

de ella se puede decir que es la que surte al ciclo econmico con productos tales

como combustibles slidos, lquidos y gaseosos, pirita, cal, sales, cidos, productos

vegetales y animales, etc. La elaboracin de productos qumicos es ms compleja.

Los productos ms comunes dentro de su rango son los que requiera la industria de

transformacin y la agrcola como fertilizantes, colorantes, explosivos, plsticos,

gomas, caucho, detergentes, aislantes, fibras artificiales, productos fotogrficos,

productos farmacuticos, entre muchos otros. Uno de los tipos de industria qumica

pesada diferenciados es la ms importante en la actualidad y es el refinado de

petrleo.

7.2 Industria Metal mecnica

La metalurgia es la tcnica de la obtencin y tratamiento de los metales desde

minerales metlicos hasta los no metlicos. Tambin estudia la produccin de

aleaciones, el control de calidad de los procesos. La metalrgica es la rama que

aprovecha la ciencia, la tecnologa y el arte de obtener metales y minerales

industriales, partiendo de sus menas, de una manera eficiente, econmica y con

resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo

y bienestar de la humanidad.

7.2.1 Historia

El cobre fue uno de los primeros minerales trabajados por el hombre, ya que se lo

encuentra en estado casi puro (cobre nativo) en la naturaleza. Junto al oro y la plata

fue utilizado desde finales del Neoltico, golpendolo, al principio, hasta dejarlo

plano como una lmina. Despus, como consecuencia del perfeccionamiento de las

tcnicas cermicas, se aprendi a fundirlo en hornos y vaciarlo en moldes, lo que

permiti fabricar mejores herramientas y en mayor cantidad. Posteriormente se

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experiment con diversas aleaciones, como la del arsnico, que produjo cobre

arsenicado, o la del estao, que dio lugar al bronce.

El proceso de adquisicin de los conocimientos metalrgicos fue diferente en las

distintas partes del mundo, siendo las evidencias ms antiguas de fundicin del

plomo y el cobre del VII milenio a.C., en Anatolia y el Kurdistn.2 3 En Amrica

no hay constancia hasta el I milenio a.C.4 y en frica el primer metal que se

consigui fundir fue el hierro, durante el II milenio a.C.

El hierro comenz a ser trabajado en Anatolia hacia el tercer milenio a. C.. Este

mineral requiere altas temperaturas para su fundicin y moldeado, para ser as es

ms maleable y resistente. Algunas tcnicas usadas en la antigedad fueron el

moldeo a la cera perdida, la soldadura o el templado del acero. Las primeras

fundiciones conocidas empezaron en China en el siglo I a. C., pero no llegaron a

Europa hasta el siglo XIII, cuando aparecieron los primeros altos hornos.

El empleo de los metales se debi, inicialmente, a la necesidad que se cre el hombre

de utilizar objetos de prestigio y ostentacin, para, posteriormente, pasar a sustituir

sus herramientas de piedra, hueso y madera por otras mucho ms resistentes al calor

y al fro (hechas en bronce y, sobre todo, hierro). Los utensilios elaborados con

metales fueron muy variados: armas, herramientas, vasijas, adornos personales,

domsticos y religiosos. El uso de los metales repercuti, a partir de la generalizacin

del hierro, de diversas formas en la conformacin de la civilizacin humana:

Se intensific la produccin agropecuaria.

El trabajo se especializ y diversific.

Aumentaron los intercambios.

Se institucionaliz la guerra.

En la Edad Media la metalurgia estaba muy ligada a las tcnicas de purificacin de

metales preciosos y la acuacin de moneda.

7.2.2 Metalurgia extractiva

rea de la metalurgia en donde se estudian y aplican operaciones y procesos para el

tratamiento de minerales o materiales que contengan una especie til (oro, plata,

cobre, etc.), dependiendo el producto que se quiera obtener, se realizarn distintos

mtodos de tratamiento.

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Objetivos de la metalurgia extractiva

Utilizar procesos y operaciones simples;

Alcanzar la mayor eficiencia posible;

Obtener altas recuperaciones (especie de valor en productos de mxima pureza);

No causar dao al medio ambiente.

Etapas de la metalurgia extractiva

1.Transporte y almacenamiento;

2.Conminucin;

3.Clasificacin;

4.Separacin del metal de la ganga;

5.Purificacin y refinacin.

Procesos metalrgicos

Los procesos metalrgicos comprenden las siguientes fases:

Obtencin del metal a partir del mineral que lo contiene en estado natural,

separndolo de la ganga;

El afino, enriquecimiento o purificacin: eliminacin de las impurezas que quedan

en el metal;

Elaboracin de aleaciones;

Otros tratamientos del metal para facilitar su uso.

Operaciones bsicas de obtencin de metales:

Operaciones fsicas: triturado, molienda, filtrado (a presin o al vaco), centrifugado,

decantado, flotacin, disolucin, destilacin, secado, precipitacin fsica.

Operaciones qumicas: tostacin, oxidacin, reduccin, hidrometalurgia,

electrlisis, hidrlisis, lixiviacin mediante reacciones cido-base, precipitacin

qumica, electrodeposicin y cianuracin.

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Dependiendo el producto que se quiera obtener, se realizarn distintos mtodos de

tratamiento. Uno de los tratamientos ms comunes es la mena, consiste en la

separacin de los materiales de desecho. Normalmente entre el metal est mezclado

con otros materiales como arcilla y silicatos, a esto se le suele denominar ganga.

Uno de los mtodos ms usuales es el de la flotacin que consiste en moler la mena

y mezclarla con agua, aceite y detergente. Al batir esta mezcla lquida se produce

una espuma que, con ayuda de la distinta densidad que proporciona el aceite va a ir

arrastrando hacia la superficie las partculas de mineral y dejando en el fondo la

ganga.

Otra forma de flotacin puede emplearse en la separacin de minerales

ferromagnticos, utilizando imanes que atraen las partculas de mineral y dejando

intacta la ganga.

Otro sistema de extraccin de la mena es la amalgama formada con la aleacin de

mercurio con otro metal o metales. Se disuelve la plata o el oro contenido en la mena

para formar una amalgama lquida, que se separa con facilidad del resto. Despus el

metal de oro y plata se purifican eliminando el mercurio mediante la destilacin.

7.3 Fabricacion de componentes elctricos y electrnicos

Se denominan componentes electrnicos aquellos dispositivos que forman parte de

un circuito electrnico. Se suelen encapsular, generalmente en un material cermico,

metlico o plstico, y terminar en dos o ms terminales o patillas metlicas. Se

disean para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un

circuito impreso, para formar el mencionado circuito.

Hay que diferenciar entre componentes y elementos. Los componentes son

dispositivos fsicos, mientras que los elementos son modelos o abstracciones

idealizadas que constituyen la base para el estudio terico de los mencionados

componentes. As, los componentes aparecen en un listado de dispositivos que

forman un circuito, mientras que los elementos aparecen en los desarrollos

matemticos de la teora de circuitos.

7.3.1 Clasificacin

De acuerdo con el criterio que se elija podemos obtener distintas clasificaciones.

Seguidamente se detallan las comnmente ms aceptadas.

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1. Segn su estructura fsica Discretos: son aquellos que estn encapsulados uno a

uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc.

Integrados: forman conjuntos ms complejos, como por ejemplo un amplificador

operacional o una puerta lgica, que pueden contener desde unos pocos componentes

discretos hasta millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados.

2. Segn el material base de fabricacin. Semiconductores.

No semiconductores.

3. Segn su funcionamiento. Activos: proporcionan excitacin elctrica, ganancia o

control (ver listado).

Pasivos: son los encargados de la conexin entre los diferentes componentes activos,

asegurando la transmisin de las seales elctricas o modificando su nivel (ver

listado).

4. Segn el tipo energa. Electromagnticos: aquellos que aprovechan las

propiedades electromagnticas de los materiales (fundamentalmente

transformadores e inductores).

Electro acsticos: transforman la energa acstica en elctrica y viceversa

(micrfonos, altavoces, bocinas, auriculares, etc.).

Opto electrnicos: transforman la energa lumnica en elctrica y viceversa (diodos

LED, clulas fotoelctricas, etc.).

7.3.2 Componentes

7.3.2.1 Componentes semiconductores

Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante

dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos

qumicos semiconductores de la tabla peridica se indican en la tabla adjunta.

Componentes activos

Los componentes activos son aquellos que son capaces de controlar los circuitos o

de realizar ganancias . Fundamentalmente son los generadores elctricos y ciertos

componentes semiconductores. Estos ltimos, en general, tienen un comportamiento

no lineal, esto es, la relacin entre la tensin aplicada y la corriente demandada no

es lineal.

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Los componentes activos semiconductores derivan del diodo de Fleming y del triodo

de Lee de Forest. En una primera generacin aparecieron las vlvulas que

permitieron el desarrollo de aparatos electrnicos como la radio o la televisin.

Posteriormente, en una segunda generacin, apareceran los semiconductores que

ms tarde daran paso a los circuitos integrados (tercera generacin) cuya mxima

expresin se encuentra en los circuitos programables (microprocesador y

microcontrolador) que pueden ser considerados como componentes, aunque en

realidad sean circuitos que llevan integrados millones de componentes.

En la actualidad existe un nmero elevado de componentes activos, siendo usual,

que un sistema electrnico se disee a partir de uno o varios componentes activos

cuyas caractersticas lo condicionar. Esto no sucede con los componentes pasivos.

En la siguiente tabla se muestran los principales componentes activos junto a su

funcin ms comn dentro de un circuito.

7.3.3 Componentes pasivos

Son aquellos que no necesitan una fuente de energa para su correcto

funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito. Los

componentes pasivos se dividen en:

Componentes pasivos lineales:

Condensador Almacenamiento de energa, filtrado, adaptacin impedancia.

Inductor o Bobina Almacenar o atenuar el cambio de energa debido a su poder de

autoinduccin.

Resistor o Resistencia Divisin de intensidad o tensin, limitacin de intensidad.

Componentes electromecnicos:

A este grupo pertenecen los interruptores, fusibles y conectores.

Componentes optoelectrnicos

Artculo principal: Componente optoelectrnico

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Componentes optoeletrnicos, son aquellos que transforman la energa lumnica en

energa elctrica, denominados fotosensibles, o la energa elctrica en lumnica,

denominados electroluminiscentes.

7.3.4 Principales fabricantes

La industria de los componentes es fundamental para la industria electrnica que a

su vez lo es para el resto de industrias. El importante volumen de negocio de este

tipo de industria en los pases ms desarrollados les hace jugar un importante papel

en sus respectivas economas. En la siguiente tabla se muestra un listado con las

principales empresas fabricantes de componentes electrnicos. La mayora son

multinacionales en las que la fabricacin de componentes electrnicos representa tan

slo una parte de campo de actuacin.