El día que empecé a escribir este artículo, lo hice con un chiste tan malo, que lo dejé aparcado un tiempo como autocastigo por mi bajo nivel humorístico. Pasados unos días del primer intento, me encuentro con ánimos de volver a la carga; aunque me duele un poquito la espalda de los flagelos, pero así aprenderé para la próxima…

• Millones de lectores: venga Cosmo ahora no nos dejes así ¡cuéntalo!
• Cosmo: No que es muy malo…
• ML: ¡que no dejaremos de venir por aquí!
• Cosmo: ¡que no! ¡que no! Que luego se resienten las estadísticas y no quiero aparecer en las listas de los blogs sin humor ni chispa…
• ML: si nos lo cuentas, no le diremos nada a nadie del asunto ese tuyo…ese de… ¡sí hombre!
• Cosmo: ¡ah eso! Pues nada, haber empezado por ahí. Rezaba: La tribología no es la ciencia de hacer tres bolos en un día…
• ML: ¡joder tío! como cuentas estos chistes, te tendrían que cerrar el blog por causar daños cerebrales irreversibles a los internautas, me río yo de los ataques epilépticos por los dibujos japoneses…

Ahora el inicio bueno…

La tribología es la ciencia y tecnología de las superficies en movimiento. O sea, estudia el universo de los materiales cuando interactúan entre ellos ¿y cuándo pasa eso? Continuamente, todo lo que tocamos, todo lo que pisamos, todo con lo que trabajamos (bueno, algunos), todo con lo que fabricamos y hasta el infinito…y más allá. Así que estamos hablando, de física, de química, de ingeniería de materiales, de mecánica y algunas cosas más, como veis no es cosa baladí (qué ilusión me hacía escribir esta palabra).

La tribología sirve, o debería servir (porque la mayoría del personal no tiene ni puta idea), para el diseño de máquinas y de instalaciones, ya que esta ciencia estudia los fenómenos asociados al desgaste, a la fricción y a la corrosión; todos ellos son efectos que deterioran el material, atacando a su capa más externa, debilitándolo poco a poco hasta su rotura. Así nos sirve para diseñar desde las uñas que utilizan las excavadoras para extraer tierra, como para los materiales para realizar un empaste de una muela, hasta para elegir el material que debe usarse en el robot que caminará por marte durante meses…

Me ha dado por mirar en la Wikipedia, y me he llevado una sorpresa, porque no sé si fruto de una mala traducción, o por algo que yo desconozco, en vez de desgaste, fricción y corrosión como a mí me explicaron, hablan de desgaste, fricción y lubricación. Si alguien puede arrojar luz sobre el tema, que apunte bien…

Aprovechando que saco un tema nuevo, voy a hacer tres artículos separados sobre cada una de las causas que estudia la tribología (las enunciadas al principio desgaste, fricción y corrosión), puesto que cada una de ellas es por sí extensa, a la par que entretenida ¡de verdad! ¡ya lo veréis!

¿Y a qué se dedican los tribólogos? Los tribólogos son unos tipos con camisa blanca, con bolis metidos en su funda reglamentaria en el bolsillo de esta. Tienen grandes conocimientos de materiales, pero como ya avanzaba antes, deben dominar la física, la química, los sudokus y  por supuesto el mus. Sus funciones principales son las de conocer todos los efectos negativos que producen estas condiciones sobre los materiales y tratar de prevenirlas para:

• mejorar diseños
• mejorar procesos
• crear materiales más avanzados
• aumentar la vida en servicio y la eficiencia de los equipos e instalaciones
• diseñar o prescribir lubricantes para minimizar su impacto (ahora sí)
• crear revestimientos capaces de detener o alargar los efectos sobre los materiales
• reducir el mantenimiento y sus costes
• y algunas cosas más que me olvido pero que vosotros me recordaréis…

En la Wikipedia, pero en su versión inglesa, aparte de que sí hablan sobre los tres efectos que yo hablo, citan a un tal Heinz, que debe ser el del ketchup: “Estimated direct and consequential annual loss to industries in USA due to wear is approximately 1-2% of GDP“; que en cristiano significa algo así como que las pérdidas directas  e indirectas estimadas como consecuencia del “wear” (wear en inglés sirve para todos los efectos en general, desgaste, fricción y corrosión, hasta para la ropa) son aproximadamente de un 1-2% del PIB. Mirando el PIB de Estados Unidos en el año en que se citó esa frase, 1987, era de 6.500 billones de dólares, así que estamos hablando ni más ni menos que de entre 65 y 130 billones de dólares ¡ahí es nada! Para no perder comba hacia mi encumbramiento como grande del humor: con esas cifras en vez de dólares, son dólores…jajajaja. Ay (suspiro)

Os podéis imaginar que con todo este dinero por medio, hay cientos de personas y empresas investigando y poniendo a prueba cada día más soluciones a estos problemas, ya sea con el diseño de nuevos materiales, como con el de tratamientos para materiales, o con los recubrimientos…pero esos son otros temas para más adelante… (toma patada al tema…jajaja).

Artículos posteriores: ¿Qué es la fricción? – El coeficiente de fricción, la lubricación y el hostión – ¿Qué es el desgaste? – ¿Qué es la corrosión?

Gracias a Silyjos por la foto…

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Propiedades anteriores: La ductilidad, La dureza, La tenacidad, La resiliencia, La elasticidad.

Para explicar la maleabilidad, sólo debemos recordar cuando hablábamos de la ductilidad, que era una propiedad que tienen los materiales cuando pueden ser deformados sin romperse (hasta un límite claro).

En el artículo sobre ductilidad, comenté que los materiales dúctiles, al deformarse fácilmente, se empleaban en procesos de fabricación donde necesitábamos deformar el material hasta dar la forma definitiva. La única diferencia es que cuando hablamos de maleabilidad, nos referimos a la facilidad (capacidad) de un material de ser deformado para obtener láminas de él.

Para entender el concepto de maleabilidad de un metal, el ejemplo más claro sería coger una pepita de un metal, y martillarla hasta obtener una lámina lo más delgada posible, cuando más maleable sea, más fácil será obtener esta lámina,  y más delgada podrá ser.

Para que quede claro, os pondré de ejemplo el metal más maleable que existe, el oro.

Es conocida desde tiempo inmemoriales la maleabilidad del oro (¡qué bonita frase!), de ahí que se haya utilizado siempre para recubrir otros materiales, que por su naturaleza, “no visten tanto”. Por ejemplo, en los retablos de las iglesias, se recubría (y se recubre) la madera con una finísima lámina de oro que hacía (y hace) la doble función de embellecer, y proteger a la madera del paso del tiempo. Así, el llamado pan de oro, es una aplicación muy usada en las artes plásticas, vulgarmente conocidas como manualidades.

Otro ejemplo de la aplicación de la maleabilidad del oro, la encontramos en la gastronomía. Sí, sí, los gurús de la cocina deberían estar agradecidos a esta propiedad. Depende de lo que os interese la gastronomía, sabréis que últimamente está de moda introducir láminas de oro en las recetas, que por lo visto es una técnica ancestral, y esto se puede conseguir porque podemos hacer láminas finísimas de oro.

Otros metales muy maleables son la plata, el platino, el cobre, al aluminio, el estaño, el hierro, el plomo.

Aquí tenéis una lectura interesante sobre oro comestible, y otro sobre cocina con oro.

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Como últimamente estoy un poco disperso, hoy un tema muy ingenieril, para centrarnos…

El que os voy a presentar es uno de los temas más importantes dentro de la ingeniería, en general. Y no es otro que los esfuerzos a los que se someten todos los materiales.

Cualquier pieza en el planeta (y otros mundos), está sometida a esfuerzos que existen en nuestro entorno. Un gancho en una pared, estará sometido a un tipo de esfuerzo por el tornillo que lo aprieta contra la pared, y sometido a otro esfuerzo diferente por la bolsa con el pan duro que cuelga de él. Un banco de la calle con listones de madera, sufrirá un tipo de esfuerzo en los listones justo debajo de nuestro culo, y otro tipo de esfuerzo en las patas que están en contacto con el suelo.

Pues bien, los esfuerzos son 5, como los jinetes del Apocalipsis más uno, y todos se suelen encontrar en combinaciones, cuando una pieza está sometida a un sólo esfuerzo, se dice que esta sometido a un esfuerzo puro, aunque ya sabéis que hoy en día eso de la pureza no se lleva…

Con ayuda de mi mujer (se nota en la calidad fotográfica), hemos hecho unas fotos simulando con mis manos y un trozo de goma cada uno de los esfuerzos, espero que os ayuden a entenderlos, que para eso me he lavado las manos. Este primera es la de la goma en estado natural (para comparar):

• Tracción o tensión. Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de tracción, cuando sobre él actúan dos fuerzas con direcciones opuestas, de manera que lo estiran. Podemos coger la goma por cada extremo y estirar en direcciones totalmente opuestas desde los extremos, pretendiendo separarlos más, o alargarla. Por citar algunos ejemplos de piezas sometidas a tracción, los tornillos que sujetan una lámpara del techo, la cuerda cuando jugamos al sogatira, la goma elástica que aprieta juntos los cromos del Pokemon, y el caso más típico es el de cualquier cable o cuerda estirada por los extremos (aunque uno sea fijo).

• Compresión. Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de compresión, cuando sobre él actúan dos fuerzas con direcciones opuestas, de manera que lo chafan. Cogemos la goma por cada extremo y intentamos chafarla. Ejemplos de compresión existen muchísimos, las patas de la silla en la que estás sentado, o en el cilindro que existe entre el asiento y las ruedas, las paredes y columnas que sostienen las casas, el botón del ratón que ahora mismo tienes cogido en la mano (justo en el punto donde ejerces presión)…

• Cortadura (cizalladura). Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de cortadura, cuando sobre él actúan dos fuerzas con direcciones opuestas, que intentan reducir su medida en la dirección de la fuerza. Cogemos la goma, y simulando unas tijeras (con esas pedazo de uñas que tengo), y tratamos de cortarla. Ejemplos de cortadura existen muchos, el citado de las tijeras es el más simple. Uno de los casos mas característicos de este esfuerzo, es el de los tornillos que soportan cualquier larguero (horizontal), cogido entre dos columnas o paredes, desde la barra que soporta las perchas de una armario ropero, hasta una jácena gigante de un puente).

• Flexión. Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de flexión, cuando sobre él actúa una fuerza que produce una deformación a lo largo de su eje. Cogemos la goma, y sosteniéndola por un extremo, sobre el otro la empujamos hacia abajo. Ejemplo de flexión son muy comunes en nuestro día a día, si nos sentamos en un banco del parque, las maderas aguantadas en sus extremos, flexará longitudinalmente debido a nuestro peso, si vemos una película en la que el protagonista acaba colgado del mástil de una bandera de hotel por la bola dorada de la punta, flexará hasta que dependiendo del genero de la película, acabará rompiéndose y cayendo al vacío, o recuperando su posición y devolviendo al protagonista a las nubes…

• Torsión. Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de torsión, cuando al menos en uno de sus extremos actúa una fuerzo que hace rotar la pieza sobre su propio eje. Este es un esfuerzo algo más complicado de ver en nuestro día a día, aunque por supuesto está presente siempre; los ejemplos más típicos de torsión, lo encontramos en cualquier eje de elemento o máquina, y el más cercano lo provocáis vosotros mismos cada día, cuando giramos el pomo de una puerta para abrirla, en su interior existe un eje que cruza desde un lado a otro de la maneta, pues bien, cuando giramos el pomo, provocamos en esa pieza interior un esfuerzo de torsión.

Este artículo se ha inspirado en la última compra de equipamiento para mi moto. Realmente esto de tener moto es una ruina (económicamente), pero eso sólo lo piensas cuando llevas rato sin verla o montarla. Es algo parecido a lo que dicen en Algo pasa con Mary, el único momento en que un hombre no piensa en sexo, son los cinco minutos después de haber hecho el amor… era en esa peli ¿verdad?

Bueno, que me pongo a desvariar y me pierdo. Os comentaba que me he comprado una chaqueta para ir en moto, ya que la mía estaba un poco deteriorada (con “ostiazo” incluido) , y durante el invierno, la chaqueta que tenía hasta ahora, era como llevar un rallador de pan. Así que me lié la manta a la cabeza, y me he comprado una chaqueta chachipirulijuanpelotilla.

El caso es que al estrenar la chaqueta, arranqué todas las etiquetas que llevaba, y unos días después las miré… ¡alucinante! tiene más tecnología que el salpicadero de un Panda. Os cuento…

GORE-TEX®

El tejido Gore-Tex es bien conocido por muchos. Se trata de una tela sintética impermeable (NO permite ser atravesado por el agua), cortaviento (NO permite ser atravesado por el aire hacia adentro), y transpirables (SI permite ser atravesado por el aire hacia afuera) .Es tan interesante, que para no liaros, os dejo el enlace donde explican y representan qué es y cómo funciona. En la izquierda del enlace aparece el menú, os llevará poco más de un par de minutos…

CORDURA®

Este es otro tejido, fabricado a base de nylon, que tiene como característica que es muy resistente a la abrasión, o sea al desgaste, aquí podéis leer (en inglés) sus beneficios frente a otros materiales “más simples”.

VALTHERM®

Este es un tipo de tejido, que se construye con un tipo de estructura muy parecida a un panal de abejas. Su ingeniería consiste en que actúa como aislante térmico, o sea ni entra frío, ni perdemos calor. Eso sí, es transpirable y por tanto deja salir la humedad. Aquí tenéis el enlace.

SANITIZED®

Por último, este que no me sonaba realmente de nada, y es el que me ha dejado más “trastocado”. Esto no es un tejido, es un tratamiento que se le ha realizado a la chaqueta, para eliminar todas las bacterias, suciedad y olores que puede haber adquirido durante su proceso de fabricación. O sea, como cuando compramos un coche nuevo y huele a nuevo un tiempo, pues mi chaqueta no, estaba como los chorros del oro justo antes de salir de su caja y recaer en mi cuerpo…

Así que como podéis entender, me siento abrumado cada vez que me pongo la chaqueta…no estoy acostumbrado a tanta ingeniería a mi servicio…quizás no tenía que haber investigado…

Os he presentado esto como otro ejemplo, de dónde se puede llegar a encontrar ingeniería de lo más curiosa…espero que os haya parecido interesante. Por cierto, si alguien lo había dudado, el de la foto no soy yo, a mí me queda mucho mejor…

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Hasta ahora, habíamos visto unas cuantas propiedades mecánicas, pero casi todas un poco aburridas, y encima con nombres raros, pero ahora hemos llegado a una de las guapas.

Cuando escuchamos hablar de la elasticidad, rápidamente vienen a nuestra mente imágenes que relacionamos con esta propiedad: las gomas de pollo, los tirachinas, los globos de tu sobrino, el puenting, los contorsionistas de la tele, etc., todos representan de una manera u otra esta propiedad que ahora os intento describir.

Si recordamos del primer artículo de esta serie, en el que hablamos del gráfico de tensión-deformación, el tramo 1 corresponde a materiales que están sometidos a una fuerza exterior, que al ser retirada, recuperan su posición original. A la proporcionalidad en esta zona, entre la tensión y la deformación, se conoce como módulo de elasticidad o de Young (en honor al científico inglés que observó este comportamiento en sus ratos libres) que se representa con la letra E, y determina la inclinación de ese primer tramo, y se calcula E=tensión/deformación. Os explico esto, porque este módulo de elasticidad, determinara si un material es elástico, o por el contrario, rígido.

Así, la propiedad mecánica de la elasticidad hace referencia directa a este primer tramo, y representa la capacidad de un material a recuperar su posición inicial cuando las fuerzas externas aplicadas en él han desaparecido.

Y esta es una propiedad muy cotidiana, y muy fácil de comprobar, no sólo con cosas que nos rodean, sino con cosas que nos “envuelven”, como la piel.

En este enlace, encontraréis una práctica (está trabajada), donde abajo del todo os permitirá experimentar sobre el comportamiento de varios materiales, donde podréis ver sus gráficas tensión-deformación y obtener el módulo de elasticidad para ese material, os lo recomiendo.Para acabar, y así darle un poco de colorido al artículo, me ha dado por buscar algún vídeo ilustrativo, y muy técnicos no son, pero mooooooolan…

Hay más en la web!

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La resiliencia es una de las propiedades con el nombre más feo ¿verdad? Suena a algo sucio, guarro, pero la verdad es que es una de las propiedades más molonas…al menos eso me parece a mí.

Esta propiedad nos indica la capacidad que tiene un material de absorber energía elástica (tramo 1 del artículo inicial), mientras está sometido a una fuerza de deformación, y devolver esta energía cuando se deja de aplicar. En otras palabras, es la capacidad de un material de volver a su posición original, tras dejar de aplicar una fuerza que lo deformaba. Por ejemplo, cuando nos tomamos un café en una de esas máquinas de empresa (las que provocan los ardores de la muerte), y jugando con la cucharilla de plástico, nos la metemos en la boca y la aguantamos con los dientes, la deformamos para que vibre y “pasar el rato”, pues bien, cada vez que deformamos y dejamos de aplicar la fuerza, la cucharilla vuelve a su posición inicial ¿verdad? Pues eso se debe a la resiliencia del material.

Normalmente, cuando nos referimos a la resiliencia de un material, y me refiero en el día a día, no nos referimos a ella como propiedad o el rollo este de antes de la capacidad del material y demás, sino que hablamos del módulo de resiliencia, ya que este es el parámetro medible en un material mediante unos ensayos que ahora os comentaré, y que viene a ser la energía de deformación por unidad de volumen requerida para deformar un material hasta el límite elástico (en S.I. julios metro cúbico), o sea, un instante antes de que comience la deformación plástica, que es la irreversible, o aquella en la que el material queda deformado.

Los ensayos que os he citado hace un momento, son el ensayo de resiliencia, método Izod o método Charpi, y pertenecen a los llamados métodos destructivos, ya que la pieza que se somete al ensayo, queda un poco afectada… Estos mismos ensayos se utilizan para definir la tenacidad y la ductilidad de un material. Buscando información para explicaros porqué estos ensayos permiten medir estas diferentes propiedades, he encontrado este enlace donde está explicado perfectamente y además nos explican como se realiza este ensayo, y este otro donde podréis ver un vídeo, así que no os doy más la paliza…

Para acabar, por todo lo leído hasta ahora, podéis imaginar que la resiliencia es una propiedad relacionada directamente con materiales elásticos, que se usan por ejemplo para la fabricación de muelles y resortes. Ese es el concepto que podéis recordar mentalmente: resiliencia-muelles.

Como anécdota, he encontrado otra acepción de la palabra, pero fuera de la ingeniería, relacionada con la psicología, y que establece paralelismos entre la propiedad de los materiales con la capacidad humana de sobreponerse o recuperarse de situaciones difíciles…no deja de ser curioso. Si queréis leer sobre ello, aquí y aquí. Por cierto, la imagen la he sacado de este artículo que os recomiendo leáis.

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Para empezar un ejemplo. Cuando decimos que una persona es muy tenaz, queremos decir que es firme en sus opiniones o acciones. Esta introducción me sirve para intentar explicar una propiedad mecánica, que sinceramente es difícil de explicar sin caer en explicaciones muy técnicas. Pero como aquí nos gusta “allanar” la técnica, al menos vamos a intentarlo.

Técnicamente, se define tenacidad de un material como la capacidad de un material para absorber energía antes de la fractura.

Como hemos dicho que una persona tenaz es firme, o sea, que ofrece resistencia a cambiar de ideas, me voy a inventar un término para denominar a esa resistencia, la kbeza. Pero antes de intentar explicar esto, os aclaro que en 2005, se reunió un comité de sabios en la Antártida, y crearon una nueva unidad de medida, que sirve para medir la kbeza. Esa unidad ha sido llamada McSand, en honor a sus progenitores. Se realizó una prueba con personas de diferentes nacionalidades, y se estimó que como término medio, 1 unidad era suficiente para hacer que una persona cambiase de ideas. Un McSand es el número de reproducciones de la canción “Macarena” de Los del Rio, necesario para hacer desistir a una persona de sus ideas. Recordar que medir es comparar con algo.

Así pues, en un ensayo, diremos que un señor tiene una kbeza de 14McSands, cuando haya aguantado 14 veces la canción antes de cambiar de ideas ¡todo un campeón! Los habrá que resistirán 0,5McSands, o 3 ó 20McSands. Si extrapolamos este ensayo a términos mecánicos, cuando un material se rompe, compararemos su valor con la unidad correspondiente, que en el caso de la ductilidad es el Pascal, y diremos que este material tiene un valor de tenacidad de 2400Pascales, porque ha aguantado 2400 veces la unidad básica, antes de romperse ¿sencillo verdad?

Si hasta aquí lo tienes todo claro, continua leyendo el resto del artículo, sino, vuelve atrás y repasa.

Hasta ahora hemos hablado de la tenacidad como propiedad en términos generales. Pero realmente, la tenacidad más conocida, porque puede ser medida mediante unos ensayos muy famosos que un día intentaré tratar, es la tenacidad de fractura y se define como la resistencia a la fractura de un material cuando existe una grieta.

La tenacidad de fractura y la dureza se parecen mucho, recordar que la dureza es la resistencia de un material a ser rayado, y la tenacidad de fractura es la resistencia a ser roto cuando existe una grieta. También tiene puntos en común con la ductilidad, la diferencia es que esta mide las deformaciones, y la tenacidad mide las energías. Un material, cuanto más dúctil, más tenaz es.

Y ahora la práctica, para entenderlo todo. Necesitamos dos tubos redondos de plástico que no os sirvan, por ejemplo unos bolígrafos o rotuladores que sean un poco largos, a los que sacamos las piezas interiores. Intentamos partir el primero por la mitad, veremos que este, flexa (se dobla), y al final se part; pues bien, toda la energía utilizada para romper ese tubo, es la tenacidad de ese tubo.

Si ahora cogemos el otro tubo, y le hacemos una raya con un cuchillo, tijera o algo cortante, estaremos simulando un ensayo típico para medir la tenacidad, y cuando vayamos a partirlo veremos que se parte más fácilmente, y justo por el lugar donde hemos hecho el corte. Conociendo estos parámetros, y otros que es capaz de medir una máquina, tendremos suficientes datos para obtener un valor de tenacidad de un material.

Finalmente, me gustaría invitaros a que alguien que tenga ganas de pasárselo bien, y hacernos reír, nos haga una demostración práctica sobre que es un McSand, y que, o bien me envía el vídeo o bien lo cuelga en Youtube y nos avisa para enlazarlo. De aquí, al estrellato y más allá…

De momento os dejo con el vídeo de la canción utilizada para medir el McSands, y que cada uno se mida su capacidad…

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De verdad podéis creerme, cuando os digo que esta es una de las más importantes propiedades mecánicas de los materiales ¡y encima es fácil de entender! Luego veremos el porqué.

Os recuerdo brevemente una parte de un artículo anterior, donde hablábamos del gráfico tensión-deformación, concretamente del tramo 3, que era el punto a partir del cual, si seguíamos manteniendo la fuerza aplicada, el material no recobraba su posición original, o sea, quedaba deformado, aquello que denominamos deformación plástica. Chupado ¿no?

Pues bien, la dureza se define como la resistencia de un material a ser rayado o aboyado, o sea, la resistencia que opone a traspasar el tramo 3 de manera local (en una zona o punto). Más sencillo todavía, cuando intentamos rayar algo (con un llave de casa por ejemplo), o intentamos aboyarlo (dando golpes con la misma llave, que por supuesto ya no abrirá ninguna puerta), y no lo conseguimos, decimos ¡esto está duro! Pues eso es, si un material tiene un elevado valor de dureza nos costará llevar a cabo lo comentado.

Para medir esta propiedad de realiza el denominado ensayo de dureza; estos ensayos para determinar la dureza, tienen en común que utilizan un aparato llamado durómetro (que podemos ver en la foto). Este aparato utiliza una punta que clavamos encima del material a ensayar, aplicando diferentes tipos de cargas (mediante pesos), y así obtenemos un valor dentro de unas escalas de valores, que veremos luego. Ahora veamos como hacer este ensayo:

1. Colocamos una muestra del material o la pieza, encima del eje central que vemos en la foto, en esa especie de sombrero de copa que hay encima del vástago roscado
2. Se coloca una punta en la parte superior, según el tipo de escala en el que queramos medir. Lo llamamos penetrador ¡porque penetra! (vale, lo dejo aquí)
3. Colocamos los pesos dentro del durómetro. Los pesos son esos discos negros que aparecen en la foto, al lado del aparato. Cada uno de ellos lleva una placa identificando su peso y el ensayo para el que se usan (al menos eso llevan los que yo conozco).
4. Si comenzamos a dar vueltas a la base, por los asideros negros, el vástago sube, y aprieta el material contra la punta, durante un tiempo determinado que también es función del tipo de ensayo. Esta presión, en función del tipo de material, dejará una huella provocada por la punta, que será la que nos dará la información sobre la dureza del material.
5. Si el durómetro tiene reloj o otro sistema de lectura, nos dará directamente el valor obtenido. Sino lo tiene, y para no aburrir al personal y dejaros medio dormidos a estas horas, no os explicaré toda la parte de cálculo, pero sí os apunto, que se basan en la medición de las huellas que dejan sobre el material.

Antes de hablaros de la aplicación real de esta propiedad en la industria, daremos unos pequeños apuntes sobre los sistemas de medición de dureza más conocidos y por tanto, más usados:

• Dureza Rockwell. Es el método más usado para medir la dureza ya que es muy fácil de realizar. Se realiza con una punta de diamante cónica, o con una esfera de acero de diferentes tamaños. Es el método más utilizado para medir la dureza de los aceros. Si queréis ampliar información sobre este método, hacer clic aquí.

• Dureza Rockwell superficial. Este método es igual que el anterior, con la variante que realiza una deformación menor en el material, es más superficial, por eso suele utilizarse cuando se miden planchas delgadas de material, o sea, espesores pequeños (de menos de un milímetro). También se usa para obtener la dureza de los tratamientos térmicos, que aunque ya hablaremos de ellos, os avanzo que se aplican sólo en las primeras capas del material, con espesores a veces de 20, 30 ó 40 micras (micra, a parte de un coche, es un milímetro dividido mil veces. Un pelo humano ¡de la cabeza! tiene entre 50-70 micras). Si queréis ampliar información sobre este método, hacer clic aquí.

• Dureza Brinell. Este método al igual que el anterior, utiliza una punta esférica para determinar el valor de dureza, pero es más utilizado para ensayar sobre metales blandos, como bronces y latones. Es el más antiguo de todos, data del 1900. Si queréis ampliar información sobre este método, hacer clic aquí.

• Dureza Vickers y Knoop. En este método también se utiliza una punta de diamante, pero en este caso la forma es de una pirámide. Se utiliza al igual que la dureza Brinell para materiales blandos, por eso sus escalas son coincidentes, eso sí, este es una mejora del anterior, ya que permite realizar los ensayos sobre piezas de menor espesor. Si queréis ampliar información sobre este método, hacer clic aquí.

Como podéis imaginar, no todas estas escalas coinciden, por eso, entre algunas de ellas, se deben utilizar tablas para establecer sus equivalencias. Podéis consultar esta tabla, o descargarla en PDF.

Por último, en cuanto a escalas, quería mostraros una escala muy famosa, que se utiliza sobre todo en minerología, y que incluso ha dado pie a preguntas del famoso Trivial Pursuit®, así que echar un vistazo a la escala y quedaros al menos con el primero y el último, esta es la escala de Mohs. ¿Cuál es mineral más blando? ¿y el más duro?

Ahora sí va…por último, os hablaré de porque este ensayo y esta propiedad es tan importante en la ingeniería, cuando a priori, existen otras propiedades que nos deberían interesar más, como la resistencia mecánica, por ejemplo.

Que sí, que sí, que por último, resulta que como tanto la dureza, como la resistencia mecánica, vienen determinadas por la deformación plástica del material (recordar que hemos hablado de esto al inicio), resulta que existe cierta proporcionalidad entre sus valores, así que estableciendo una factores de conversión, podemos determinar a través del ensayo de dureza, la resistencia mecánica de un material. Así que, el ensayo de dureza se utiliza mucho más que el ensayo de resistencia porque:

• Es más barato. Sobre todo el equipo
• Es un ensayo no destructivo, o sea no nos cargamos la pieza como en el de resistencia.
• Nos permite extrapolar datos precisos para obtener la resistencia mecánica del material.

Como se que os habéis quedado con ganas de conocer el ensayo de resistencia mecánica de un material, más adelante os hablaré sobre ello.

Hace tiempo que tenía pendiente hablaros de esto, pero como tengo tantos temas de que hablar, a veces se hunden algunos en mi lista. Aunque aquí esta ¡SuperCosmo al rescate! ¡ninoní!

El tema del que os quiero hablar son las telas de araña. Espero que os fascine tanto como me ha fascinado siempre este asunto, del que aún se sigue desconociendo bastantes cosas.

Primero haremos una pequeña introducción sobre las arañas, esos insectos que a tantas personas repugnan. Existen innumerables especies, que viven en todo tipo de condiciones, desde selvas tropicales, altas montañas y desiertos, hasta debajo del agua…¡sí, sí! ¡debajo del agua! existen algunas especies de arañas, que incluso llegan a atrapar renacuajos y pequeños peces, que tejen su casa debajo del agua, con forma de campana o bóveda, y posteriormente capturando pequeñas burbujas de aire que recoge de la superficie, es capaz de pasar toda su vida debajo del agua ¡alucinante!

De todas las especies que conocemos, son muy pocas las que pueden resultar dañinas para el hombre, eso sí, por mucha fama de peligrosas que tengan, por lo general no atacan al hombre, por supuesto sino nos dedicamos a “tocarle las glándulas”. Aunque esa voracidad que se les atribuye, si que colabora enormemente con nosotros, devorando gran cantidad de insectos que nos pueden resultar dañinos y molestos, como el famoso mosquito invisible o la mosca cojonera…

Entrando ya un poquito en el asunto que nos interesa, la araña produce un hilo compuesto por una sustancia proteica, que es segregada a través de diferentes glándulas que posee la araña (cinco o seis), que tiene un diámetro diez veces más pequeño que un cabello humano. O sea, la araña hace diferentes hebras en función de los glándulas que utiliza, como pueden ser hilos para envolver a sus “víctimas”, sacos para los huevos o los denominados cables de seguridad (que utilizan para desplazarse), así como otros 4, para diferentes tipos de estructuras. Este hilo tiene una serie de características que lo hacen digno de estudio en las más famosas universidades de todo el mundo (y ya no os cuento en laboratorios de grandes empresas):

1. El hilo de araña combina dos propiedades mecánicas que no suelen encontrarse juntas en materiales naturales ni artificiales. Tienen una gran resistencia mecánica, o sea, es necesaria una gran fuerza para romperlo; y en segundo lugar, presenta una capacidad de deformación o flexibilidad que permite alargar su longitud increíblemente.

2. Otra propiedad que se ha encontrado en el hilo, aunque en condiciones muy específicas, es la supercontracción. O sea la disminución de su longitud de manera sorprendente cuando esta se humedece. Resulta que sus estructuras moleculares desalinean y dan lugar a este efecto. Imaginar 20 bolas de ping-pong alineadas, que ocupan una longitud L, si las desalineamos pero manteniendo el contacto entre ellas, o sea, casi creando dos filas juntas, esa longitud puede reducirse sin problemas a L/2. Esto mismo lo podéis hacer con teclas del teclado: 10 teclas (QWERTYUIOP) ocupan L, si lo hacemos con 10 teclas en dos filas (QWERT/ASDFG) ocupan L/2. Si mientras contáis entra vuestro jefe, hermano o compañero de piso, no le habléis de este blog, no es plan de empezar a tener mala publicidad.

3. El hilo de araña es antimicrobiano, o sea, que no permite que los microbios se adhieran a él. Esto convierte lo convierte en un excelente biomaterial. Con lo que podría ser usado como hilo de sutura tanto exterior, como interiormente, evitando infecciones o algún tipo de rechazo. De hecho en algunas poblaciones las telas de araña se utilizan para coagular hemorragias y cicatrizar heridas, de ahí que podría darse también un uso terapéutico.

Con estos puntos parece todo muy bonito, pero sino comparamos con algo nos quedaremos igual. Pues ahí va: dos de los materiales que se utilizan hasta ahora como materiales de alta resistencia son el acero, que se usa por ejemplo para sujetar los ascensores y elevadores, o otro es el Kevlar, una fibra sintética que se utiliza por ejemplo para reforzar los depósitos de combustible de los Fórmula 1, pues bien, tienen valores de resistencia de sólo 3/4 partes del valor del hilo de tela de araña, y por supuesto, no tienen ni por asomo la otra propiedad que hemos comentado, su flexibilidad. Así que ahora si que podemos saber por donde van los tiros…

Antes de acabar, os dejo aquí una frase que se puede leer en innumerables sitios que tratan sobre las telas de araña: El hilo de una araña puede llegar a ser cinco veces más resistente que un filamento de acero de igual grosor. Incluso se ha dicho que si se tuviera un hilo de araña del grueso de un lápiz, ¡podría llegar a detener un avión Boeing 747 en pleno vuelo!“

Con todo los dicho hasta ahora, podéis imaginar las innumerables aplicaciones que tendría la tela de araña, en caso de poder producirse artificialmente por supuesto, porque de momento solo es posible estudiar la natural, y por eso: “estamos investigando”. Posibles aplicaciones: apósitos, chalecos antibalas, cables de todo tipo, hilo de suturar, elementos y cuerdas de seguridad, estructuras de seguridad, y en general, haciendo dos grandes grupos por usos, en ingeniería civil y en ingeniería biomédica.

Como última aplicación, y es un ejemplo que se me ha ocurrido hablando con mi mujer, imaginar un jersey tejido con este hilo, por su característica de supercontracción, si lo lleváramos puesto y se mojara, íbamos a parecer una tripa de salami. Pero ahora imaginar al revés, hacer un viaje al espacio, con ropa en una bolsa con agua que al secarse adquiriera su tamaño original…¿y en la lavadora? ¿y las vacaciones en el camping-camping? Bueno, lo dejo aquí que empiezo a desvariar.

Por si queréis leer algo más, aquí os dejo unos cuantos enlaces relacionados:

• El hilo de araña, una fibra de altas prestaciones, en Química Universal (Portal de química)

• Estudio de unas científicas de la Universidad de Veracruz (México) sobre telas de araña

• Tela de araña fosilizada hallada en Teruel (España)

• Tela de araña gigante en Texas. Esta da mucho miedo.

• Investigación de la Universidad Politécnica de Madrid.

Cualquier otro dato por vuestra parte será bienvenido.

Os dejo esta preciosa foto de Vibragiel.

Artículos relacionados: Materiales y naturaleza 1

Artículos anteriores: Esfuerzos – Las propiedades de los materiales I.

Ya os comenté que sobre este tema, tendríamos una serie de artículos, y aquí empezaremos a hablar particularmente de algunas de esas propiedades.

La primera de las propiedades de las que vamos a hablar en el blog, es la ductilidad:

• Versión técnica. Ductilidad es el grado de deformación plástica que puede ser soportada hasta la fractura. La ductilidad es la propiedad opuesta a la fragilidad, que es un cuando un material no acepta ninguna deformación plástica.
• Versión no técnica. Dúctil es lo contrario de frágil. Decimos que un material es frágil cuando se rompe fácilmente, y esto se produce cuando un material no soporta deformarse. Un ejemplo fácil y se entenderá mejor. Imaginar que os encierro en una caja de acero, y un lateral está hecho de cristal, si empezáis a empujar o dar golpes para salir, como es un material poco dúctil, o sea que acepta poca deformación, se romperá fácilmente (habría que tener en cuenta otros datos, pero es para entendernos). Después de limpiar los cristales rotos para que no se corte nadie, ponemos de nuevo un lateral, pero ahora de aluminio, si damos golpes con la misma fuerza, no se enterará, el material es más dúctil y necesitaremos sobrepasar su límite para conseguir salir. En resumen, como el aluminio se deformará bastante antes de romperse, y el cristal sin deformación se romperá, decimos que el aluminio es un material dúctil, y el cristal no.

Ahora que ya sabemos lo que es un material dúctil, daremos unos datos sobre esta propiedad.

Como ventaja, hablaremos que la ductilidad es una propiedad necesaria para los materiales que se someten a procesos de fabricación basados en la deformación: trefilado (fabricar hilo), estirado (fabricar chapa), embutición, estampación, etc. Estos procesos los iremos conociendo en el blog. Unos ejemplos: los recipientes metálicos de lacas, espumas para cabellos, desodorantes, que están fabricados mediante embutición profunda). Dentro de todos los cables de corriente que tenemos en casa, pasan unos finos hilos de cobre, incluso el del teléfono, o el de la antena de TV, tienen al menos un hilo en su interior, todos ellos obtenidos mediante trefilado, que es el proceso para fabricar hilo.

Otro dato sobre los materiales dúctiles es que como admiten bastante deformación antes del colapso, podremos ver como se está rompiendo antes de este. Un material frágil no avisará, y se romperá repentinamente. Esto, en depende que aplicaciones puede ser una ventaja o un inconveniente. Por ejemplo, si hablamos de las vigas de un edificio, supongo que estaréis de acuerdo conmigo, que preferís que el edificio empieza a deformarse (y crujir), a que se desplome de golpe, aquí es una clara ventaja. Por el contrario, si diseñamos una eje de una máquina, con un material dúctil y empieza a deformarse excesivamente antes de romperse, posiblemente estropearía más partes, que si este se rompiera de golpe (el segundo ejemplo es flojillo, a ver si alguien me ayuda a encontrar otro un poco mejor).

Para acabar, la ductilidad es una propiedad que se mide en porcentaje de alargamiento sobre una determinada longitud, normalmente pulgadas.

Los materiales conocidos como dúctiles: aluminios, algunos aceros, bronces, latones. El menos dúctil, las fundiciones.

Para acabar, recurro a vuestra ayuda, queridos lectores, ya que no he encontrado ninguna foto adecuada para poner en el artículo, quizás el último artículo en el que aparecía Cindy Crawford, ha hecho que suba mucho el nivel, pero espero vuestra ayuda para encontrar alguna digna de este artículo. Como recompensa, os regalaremos una suscripción gratuita, anual, al periódico Metro. Ahí es nada.
Actualización: Gracias a Eduardo Berrios, que aportó su idea, he realizado un gráfico de un material frágil, y uno dúctil, para ayudar a entender el tema, o eso espero…