Vídeo sobre la fabricación de monedas

Entrar en el siguiente enlace para acceder a un vídeo sobre la fabricación y acuñación de monedas: http://www.youtube.com/watch?v=NCwMPu6_n6A

Vídeo sobre la fabricación del papel.

Nanotecnología aplicada al envasado de alimentos.

Una de las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de envases para alimentación es la aplicación de materiales aditivados con nanoarcillas, que mejoren las propiedades mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los materiales de envasado. En el caso de mejora de la barrera a los gases, las nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas gaseosas, lo cual permite conseguir una barrera similar con espesores inferiores, reduciendo así los costos asociados a los materiales.

Los procesos de incorporación de las nanopartículas se pueden realizar mediante extrusión o por recubrimiento, y los parámetros a controlar en el proceso de aditivación de los materiales son: la dispersión nanopartículas, la interacción de las nanopartículas con la matriz, las agregaciones que puedan tener lugar entre las nanopartículas y la cantidad de nanopartículas incorporada.

El CO2 en la atmósfera alcanza su máximo histórico (Comentario de la noticia)

http://sociedad.elpais.com/sociedad/2013/05/10/actualidad/1368210474_280711.html (Noticia)

La noticia del periódico El País del día 10 de mayo de 2013 trata sobre el aumento en la cantidad de dióxido de carbono emitido a la atmósfera. Este gas, esta considerado como el gas que más contribuye al calentamiento global y ha superado las 400 partes por millón (ppm).La cantidad de este gas en el aire no había sido tan alta desde hace tres millones de años, mucho antes de la aparición del ser humano; esto, augura cambios muy grandes en el clima y en el nivel del mar. Un aumento continuado de este gas podría resultar catastrófico, ya que significaría que estamos perdiendo rápidamente la posibilidad de mantener el clima por debajo del umbral que se creía tolerable.

Estas nuevas mediciones fueron tomadas en la cima del Maua Loa, volcán situado en la isla más grande de Hawai. Estos sensores llevan medio siglo tomando muestras del aire que circulan por el Océano Pacífico, lejos de las costas y ciudades.

No es la primera vez que se registran niveles tan altos como este. La primera vez que se detectaron más de 400 partes por millón de dióxido de carbono fue en el Ártico el año pasado. El CO2 disminuye y aumenta de forma cíclica; se preve que los niveles de este gas se situen por debajo de las 400 ppm en verano, debido al crecimiento de plantas en el hemisferio norte.

OPINIÓN PERSONAL

Personalmente, creemos que el aumento de la presencia de este gas se debe principalmente a la acción humana. Nosotros mismos somos quienes contribuimos a nuestra destrucción, es decir, nuestra autodestrucción. 

Cuidar el planeta es tanto un deber personal como una obligación social. Debemos recordar que cuando  hayamos cortado el último árbol, contaminado el último río y pescado el último pez, nos daremos cuenta de que el  dinero, la fama y los bienes materiales no se pueden comer.

6.5.1.- Aplicaciones de la nanotecnología

Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá, las quince aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:

• Almacenamiento, producción y conversión de energía.
• Armamento y sistemas de defensa.
• Producción agrícola.
• Tratamiento y remediación de aguas.
• Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
• Sistemas de administración de fármacos.
• Procesamiento de alimentos.
• Remediación de la contaminación atmosférica.
• Construcción.
• Monitorización de la salud.
• Detección y control de plagas.
• Control de desnutrición en lugares pobres.
• Informática.
• Alimentos transgénicos.
• Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).
  
  Nanotubo carbono

6.5.- Nanotecnología.

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nanomateriales). Lo más habitual es que tal manipulación se produzca en un rango de entre uno y cien nanómetros.

La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

6.4.4.- Papel

El papel es una delgada hoja elaborada con pasta de fibras vegetales que son molidas, blanqueadas, diluidas en agua, secadas, y posteriormente endurecidas; a la pulpa de celulosa, normalmente, se le añaden sustancias como el polipropileno o el polietileno con el fin de proporcionar diversas características. Las fibras están aglutinadas mediante enlaces por puente de hidrógeno. También se denomina papel, hoja, o folio, a su forma más común como lámina delgada.

Materias primas empleadas para la fabricación

La sustancia madre empleada para la fabricación del papel es la celulosa. Las materias primas empleadas son todos aquellos productos, naturales o artificiales, que contienen celulosa, como ser los trapos de origen vegetal, la madera u otras fibras vegetales. Éstas materias primas se transforman en sustancias.

Como materias primas secundarias que intervienen en la fabricación del papel podríamos mencionar:

Sustancias minerales que se adicionan para darle peso (talco, yeso, caolín)

Sustancias empleadas como aglutinantes para el encolado (cola animal, resinas, dextrinas)

Sustancias colorantes. Las pastas más empleadas se clasifican en tres tipos:

-Pasta de trapos o media pasta

-Pasta de madera o pasta mecánica

-Pasta química

Proceso de fabricación

El proceso básico de la fabricación de papel no ha cambiado a lo largo de más de 2.000 años, e implica dos etapas:

1. Trocear la materia prima en agua para formar una suspensión de fibras individuales.
2. Formar láminas de fibras entrelazadas, extendiendo dicha suspensión sobre una superficie porosa adecuada, que pueda filtrar el agua sobrante.
   

6.4.3.- Plásticos

En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se fabrica todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón.

Proceso de fabricación

El petróleo en su refinado se divide por destilación en varias fracciones, de las cuales la que se emplea para la fabricación de los plásticos es la de las naftas. La nafta mediante un proceso térmico denominado “craking”, se transforma en una mezcla de etileno, propileno, butileno y otros hidrocarburos ligeros; a partir de esta mezcla se obtiene la materia prima para los plásticos.

Pero el proceso no acaba ahí, ya que por ejemplo el etileno supone materia prima para unos determinados plásticos; y a partir de él por reacción con diferentes compuestos se obtienen productos como el estireno o el cloruro de vinilo, que a su vez son materia prima para otros plásticos.

Los plásticos son polímeros y se producen mediante un proceso llamado polimerización: enlaces químicos entre monómeros para crear polímeros. El tamaño y la estructura de las moléculas, así como la naturaleza de los enlaces confieren a los plásticos sus propiedades.

6.4.2.- El coltán

El coltán no es realmente ningún mineral establecido, por lo tanto no es en sí una materia prima.

"Es un término que no se utiliza en el lenguaje científico y que responde a la contracción de dos minerales: la columbita (óxido de niobio con hierro y manganeso) y la tantalita (óxido de tántalo con hierro y manganeso)", explica Rosario Lunar, Catedrática de Yacimientos Minerales de la Universidad Complutense. 

La explotación de coltán es un recurso estratégico imprescindible en la fabricación de componentes electrónicos avanzados. El tantalio se usa principalmente en la elaboración de condensadores. El condensador electrolítico de tantalio es en la actualidad un tipo bastante común de condensador presente en gran cantidad de dispositivos electrónicos, como en teléfonos móviles, ordenadores, pantallas de plasma, cámaras digitales o equipos de alta tecnología como, por ejemplo, los satélites artificiales. Estos dispositivos son cada vez más pequeños, delgados y fiables gracias, en gran parte, al uso de los condensadores electrolíticos SMD de tantalio que han ido sustituyendo a los condensadores electrolíticos tradicionales.

Aunque la mayoría de los dispositivos electrónicos pueden funcionar con condensadores electrolíticos normales, los condensadores electrolíticos de tantalio tienen valores de capacidad eléctrica más exactos y, en especial, son mucho más pequeños. Esto los hace ideales para las exigencias actuales de miniaturización de los dispositivos electrónicos. La gran demanda de estos condensadores ha elevado el precio del tantalio. Un condensador de tantalio cuesta más que un condensador electrolítico normal de las mismas características.

La explotación del coltan, especialmente en Congo, ha ocasionado diversas polémicas sobre las posibles consecuencias a nivel social y ambiental. La explotación de este recurso ha alimentado conflictos armados entre facciones locales, apoyadas, en algunos casos, por gobiernos extranjeros como el de Uganda. Esto plantea un dilema moral similar al de la comercialización de diamantes de guerra. Otras preocupaciones derivadas de la extracción del coltán pasan por la explotación laboral de los trabajadores que participan en la misma o la destrucción de ecosistemas, pues los principales yacimientos coinciden con los hábitats de gorilas en peligro de extinción.

 

6.4.1.- Metales. Extracción de metales

Se llama metales a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

 Algunos metales se encuentran en forma de elementos nativos, como el oro, la plata y el cobre, aunque no es el estado más usual.

Muchos metales se encuentran en forma de óxidos. El oxígeno, al estar presente en grandes cantidades en la atmósfera, se combina muy fácilmente con los metales, que son elementos reductores, formando compuestos como la bauxita (Al₂O₃) y la limonita (Fe₂O₃).

Los sulfuros constituyen el tipo de mena metálica más frecuente. En este grupo destacan el sulfuro de cobre (I), Cu₂S, el sulfuro de mercurio (II), HgS, el sulfuro de plomo, PbS y el sulfuro de bismuto (III), Bi₂S₃.

Los metales alcalinos, además del berilio y el magnesio, se suelen extraer a partir de los cloruros depositados debido a la evaporación de mares y lagos, aunque también se extrae del agua del mar. El ejemplo más característico es el cloruro sódico o sal común, NaCl.

Algunos metales alcalino-térreos, el calcio, el estroncio y el bario, se obtienen a partir de los carbonatos insolubles en los que están insertos.

Por último, los lantánidos y actínidos se suelen obtener a partir de los fosfatos, que son unas sales en las que pueden estar incluidos.

6.4.- Materias primas.

Se define como materia prima todos los elementos que se incluyen en la elaboración de un producto. La materia prima es todo aquel elemento de origen vegetal, animal o mineral que se transforma e incorpora en un producto final. Un producto terminado tiene incluido una serie de elementos y subproductos, que mediante un proceso de transformación permitieron la confección del producto final.

Según su origen, las materias primas se pueden clasificar en:

• Materias primas vegetales, como la madera o el algodón, con los que se fabrican muebles y tejidos.
• Materias primas animales, como la piel y la leche de las vacas.
• Materias primas minerales, que a su vez se clasifican en:
• Minerales metálicos, como el hierro o el cobre, que utilizan industrias como la metalúrgica.
• Minerales metálicos, como el hierro o el cobre, que utilizan industrias como la metalúrgica.
• Minerales energéticos, como el carbón, el gas, el petróleo y el uranio.
  

6.3.6.- Ópticas

Las propiedades ópticas se relacionan con la interrelación entre un material y las radiaciones electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones. Estas radiaciones pueden tener características que entren en  nuestro espectro de luz visible, o ser invisibles para el ojo humano. Esta interacción produce una diversidad de efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y  un comportamiento electrónico.

Son:

• La luz y el espectro electromagnético

La luz visible es una forma de radiación electromagnética con longitudes de onda que se extienden desde aproximadamente 0.40 a 0.75 mm.  La luz visible contiene bandas de color que van del violeta hasta el rojo.  La región ultravioleta cubre el rango de aproximadamente 0.01 a 0.4 mm y el infrarrojo va desde 0.75 a 100 mm.

Propiedades generales que dependen de la luz

Brillo

El aspecto general de la superficie de un material cuando se refleja la luz se conoce como

brillo. El brillo de los materiales puede ser de dos tipos generales: metálico y no metálico. 

Color

Cuando la luz incide en la superficie de un mineral, parte de ella se refleja y parte se refracta.  Si la luz no sufre absorción, el material es incoloro.  Los materiales son coloreados porque absorben ciertas longitudes de onda de la luz y el color es el resultado de una combinación de aquellas longitudes de onda que llegan al ojo.  Algunos materiales exhiben diferentes colores cuando la luz se transmite en direcciones cristalográficas diferentes.  Esta absorción selectiva es conocida con el nombre de pleocroísmo.

Transparencia.

Según el comportamiento ante la luz,  los materiales pueden clasificarse como:

· Materiales transparentes: Son los que dejan pasar la luz a través de ellos sin ninguna dificultad.  Un objeto visto a través de un material transparente, puede observarse perfectamente con todos sus detalles (Ej.  Vidrio de ventana)

· Materiales translúcidos: Son los que dejan pasar la luz a través de él, pero transmiten una imagen difusa.  Un objeto visto a  través de un material transparente, es probable que solo se le distingan los contornos

· Materiales opacos: Son los que no dejan pasar la luz a través de ellos.

Luminiscencia

La luminiscencia puede definirse como cualquier emisión de luz por un material  que no es

el resultado directo de la incandescencia.  Normalmente la luminiscencia suele ser débil y

puede observarse unicamente en la oscuridad.  Dentro de la luminiscencia se destacan:

la fluorescencia y fosforescencia, la termoluminiscencia y la triboluminiscencia entre otras.

6.3.5.- Acústicas

• Intensidad, presión y niveles acústicos

La "fuerza" de un ruido está caracterizada por su intensidad y su presión (medidas respectivamente en watios por metro cuadrado y en pascales).

• Frecuencia

La frecuencia es el número de veces que un fenómeno periódico toma el mismo estado por segundo. Se expresa en ciclos por segundo, tomándose por unidad del Hertzio (Hz).

 El oído humano es sensible para los sonidos con frecuencias comprendidas entre 16 y 20.000 Hz.

• Valores ponderados

Debido a la diferencia de sensibilidad del oído humano a los distintos tonos (graves, medios, agudos), se ponderan los niveles siguiendo una curva llamada curva "A".

Los niveles, expresados en decibelios (A), representan mejor la molestia de un ruido. Los sonómetros permiten la medida directa de los niveles en dB o en dB (A).

• Transmisión del sonido

La transmisión de los sonidos a través de las paredes se efectúa simultáneamente de diferentes formas:

- Filtración y desviación si la estanqueidad no es perfecta

- Vibración de la pared, que en sus desplazamientos se deforma, comportándose como un verdadero emisor.

A través de la pared no porosa como el vidrio, la transmisión de un sonido aéreo depende entonces esencialmente:

- De la masa y de su rigidez, es decir, de su espesor

- De su forma de fijación rígida o flexible

Cuanto más espesa y pesada, y cuanto más separada está, menos entrará en vibración y será más aislante.

• Aislamiento acústico

Es la diferencia de niveles de presión acústica medidas en las dos caras de una pared.

Dependerá en gran parte de:

• Características acústicas de los materiales que constituyen la pared
• Superficie relativa ocupada por cada tipo diferente de material
• Ligazón entre los diferentes materiales
• Transmisiones indirectas por las otras paredes
• Estanqueidad de los ensamblajes
• Espectros del sonido
• Ángulos de incidencia de las ondas sonoras

6.3.4.- Químicas

Las propiedades químicas de los materiales son las siguientes:

• OXIDACIÓN

Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación.

De una forma esquemática, se puede representar el proceso de oxidación de la siguiente manera:

Material + Oxígeno = Óxido del material ± energía

Cuanto mayor sea la temperatura a la que se encuentra sometido un material, mayor será la velocidad a la que se produce su oxidación, pues un aumento de temperatura activa el proceso de difusión de los átomos del material y del oxígeno en la capa de óxido. Un aumento en la presión del oxígeno existente en el exterior se comporta de manera similar.

• CORROSIÓN

Decimos que hay corrosión cuando la oxidación de un material concreto se produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas.

La corrosión no se verifica de una manera uniforme, sino que existen determinados puntos del material donde el ataque es mayor. Esto da lugar a la formación de importantes fisuras, que pueden llegar a producir una rotura por fatiga o una fractura frágil del material, si éste se encuentra soportando una tensión de forma cíclica (cambiando de sentido o de intensidad periódicamente) o bien a baja temperatura.

6.3.3.- Electromagnéticas:

Podemos distinguir entre propiedades magnéticas y propiedades eléctricas.

PROPIEDADES MAGNÉTICAS

El magnetismo es un fenómeno físico por el cual, los materiales, en mayor o menor medida, ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Algunos materiales conocidos presentan propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético, que no es más que la región del espacio donde se manifiestan los fenómenos magnéticos.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

• Conductividad: La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la facilidad con que las cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un campo eléctrico.
• Resistividad: La resistividad es una magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo buen o mal conductor que es.

Los materiales se clasifican según su conductividad eléctrica o resistividad en conductores, semiconductores y aislantes o dieléctricos.

• CONDUCTORES: Son aquellos con gran número de electrones en la Banda de Conducción, es decir, con gran facilidad para conducir la electricidad (gran conductividad). Todos los metales son conductores, unos mejores que otros.

• SEMICONDUCTORES: Son materiales poco conductores, pero sus electrones pueden saltar fácilmente de la Banda de Valencia a la de Conducción, si se les comunica energía exterior. Algunos ejemplos son: el Silicio, el Germanio, el Arseniuro de Galio; principalmente cerámicos.

• AISLANTES O DIELÉCTRICOS: Son aquellos cuyos electrones están fuertemente ligados al núcleo y por tanto, son incapaces de desplazarse por el interior y, consecuentemente, conducir. Buenos aislantes son por ejemplo: la mica, la porcelana, el poliéster; en lo que integran una gran cantidad de materiales cerámicos y materiales polímeros.

6.3.2.- Físicas:

•      Temperatura de fusión 

Es la temperatura a la que el cuerpo sólido se convierte en líquido.

•       Temperatura de ebullición 

Es la temperatura a la que el cuerpo líquido se convierte en gaseoso.

•       Calor específico

 Se define el calor específico (C) de una sustancia como la cantidad de calor que es preciso aportarle para que su temperatura aumente 1ºC, sin que presente cambios de fase.

•    Coeficiente de dilatación 

El aumento de volumen que se produce en los materiales con los cambios de temperatura.

•    Conductividad térmica.

Es la propiedad de un material de conducir el calor a su través.

6.3.1.- Mecánicas:

-Dureza: es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Opuesta a duro es blando. Se mide en la escala de Mosh, con valores del 1 al 10. El diamante es el más duro porque es difícil de rayar y el más blando es el talco.

-Densidad: es la cantidad de masa que hay contenida en una unidad de volumen (densidad = masa/volumen) Suele expresarse en kg/m^3

-Tenacidad: resistencia que opone un material a deformarse o romperse o cantidad de energía que absorbe un material antes de romperse.

-Ductilidad: propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos.

-Fragilidad: propiedad que tienen algunos materiales que se rompen fácilmente por la acción de  un choque.

-Maleabilidad: propiedad que presentan los materiales de deformarse sin romperse obteniendo láminas.

-Elasticidad: propiedad que presentan los materiales de volver a su estado inicial cuando se aplica una fuerza sobre él. La deformación recibida ante la acción de una fuerza o carga no es permanente.

-Plasticidad: Capacidad de un material a deformarse ante la acción de una carga, permaneciendo la deformación al retirarse la misma, pero sin llegar a producirse rotura. Es una deformación permanente e irreversible.

-Resistencia a las fuerzas: la propiedad que presentan los materiales para soportar las diversas fuerzas sin llegar a romperse o en otro caso deformarse.

-Compresión: capacidad de un material para soportar la presión en sus caras o laterales

-Tracción: capacidad de un material para soportar fuerzas de presión desde sus caras hacia fuera.

-Flexión: capacidad de un elemento para soportar fuerzas en dirección perpendicular a su eje longitudinal.

-Torsión: capacidad de un elemento para soportar fuerzas que resultan del giro de los bordes del material en direcciones opuestas.

6.3.- Propiedades de los materiales.

En líneas generales, se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se pueda emplear para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un material que cumpla unas características determinadas. Por lo que se sabe que cada material tiene unas propiedades determinadas.

6.2.2.- Obtención de materiales: naturales, transformados, sintéticos y reciclados

Muy raramente se encuentran metales en estado de pureza como para ser empleados industrialmente, pero con frecuencia se los halla en la mina combinados con otros cuerpo de composición muy variada y de éstos, los más comunes son: los óxidos, sulfuros, carbonatos, silicatos, sulfatos y los fosfatos.

Para obtener los metales debe efectuarse una serie de operaciones que consisten en extraer cuerpos extraños perjudiciales, llamados ganga, y graduar los que pueden contribuir a determinada propiedad particular. Para ello se los somete a una serie de procesos: la trituración, lavado, calcinación, fusión y afinación.

Trituración. Consiste en fragmentar el metal en trozos de diversos tamaños, por medio de machacadoras mecánicas a mandíbula, molinos, etc.

Lavado. Tiene por objeto la separación de los minerales por medio del agua en movimiento, con lo cual y de acuerdo con sus densidades, se depositan en el fondo o son arrastrados por las aguas. Este proceso es ayudado con mesas y cajas con cernidores de gran tamaño.

Molienda. El material extraído es nuevamente triturado y luego molido, obteniéndose así unos trocitos no mayores a 25 mm. A partir de allí, pasa a la denominada molienda húmeda, donde llega al tamaño menor de 1 mm siendo luego llevado a un separador magnético donde se adhiere la magnetita, rica en hierro y se elimina el resto.

Llevada la magnetita al molino de bolas, en circuito cerrado con clasificadores de hidrociclones, es reducida al tamaño de 44 micrones y que al hacerla pasar por seis separadores magnéticos, sucesivamente, se llega a obtener el 69% de hierro y un mínimo de 0.25% de fósforo. Este último puede ser reducido al 0.15% mediante flotación espumosa. Para obtener los pellets la magnetita es introducida en tambores, donde se le adiciona un porcentaje de bentonita, como aglomerante, estos pellets, en forma de bolitas, son llevados a los hornos verticales donde son endurecidas a una temperatura de 1300° C. En este estado se los lleva a los altos hornos para la producción del arrabio. Teniendo en cuenta que la tecnología ha desarrollado procesos de reducción directa que eliminan el uso del alto horno, se está estudiando la aplicación de este nuevo procedimiento a una parte de la producción de pellets, así como también se prevee la posibilidad de producir aceros en la zona aceros en la zona.

6.2.1.- Compuestos químicos, mezclas, aleaciones y composites.

En química, un compuesto es una sustancia formada por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica. Una característica esencial es que tiene una fórmula química.

En general, esta razón fija es debida a una propiedad intrínseca (valencia).Un compuesto está formado por moléculas o iones con enlaces estables y no obedece a una selección humana arbitraria. Por este motivo el bronce o el chocolate son denominadas mezclas o aleaciones, pero no compuestos.

Los elementos de un compuesto no se pueden dividir o separar por procesos físicos (decantación, filtración, destilación, etcétera), sino sólo mediante procesos químicos. Se diferencian:

• MEZCLAS: Sistema material formado por dos o más sustancias puras pero no combinadas químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas. No obstante, algunas mezclas pueden ser reactivas, es decir, que sus componentes pueden reaccionar entre sí en determinadas condiciones ambientales, como una mezcla aire-combustible en un motor de combustión interna. Los componentes de una mezcla pueden separarse por medios físicos como destilación, disolución, separación magnética, flotación, filtración, decantación o centrifugación. Si después de mezclar algunas sustancias, estas reaccionan químicamente, entonces no se pueden recuperar por medios físicos, pues se han formado compuestos nuevos.

• ALEACIONES: Mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal. Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos: Fe, Al, Cu, Pb. Pueden tener algunos elementos no metálicos, como: P, C, Si, S, As. Para su fabricación se mezclan llevándolos a temperaturas tales que sus componentes se fundan.

• COMPOSITES: También conocidas como resinas compuestas, son materiales sintéticos que están mezclados heterogéneamente y que forman un compuesto, como su nombre indica. Están compuestos por moléculas de elementos variados. Estos componentes pueden ser de dos tipos: los de cohesión y los de refuerzo. Los componentes de cohesión envuelven y unen los componentes de refuerzo (o simplemente refuerzos) manteniendo la rigidez y la posición de éstos. Los refuerzos confieren unas propiedades físicas al conjunto tal que mejoran las propiedades de cohesión y rigidez. Así, esta combinación de materiales le da al compuesto unas propiedades mecánicas notablemente superiores a las de las materias primas de las que procede. Tales moléculas suelen formar estructuras muy resistentes y livianas.
  

6.2.- Estructura de la materia.

La materia consiste de partículas extremadamente pequeñas agrupadas juntas para formar el átomo. Hay una  90 ocurrencias naturales de estas agrupaciones de partículas llamadas elementos. Estos elementos fueron agrupados en la tabla periódica de los elementos en secuencia de acuerdo a sus números atómicos y peso atómico. Hay además 23 elementos hechos por el hombre que no ocurren en la naturaleza, por lo que al final son unos 113 elementos conocidos hasta la fecha. Estos elementos no pueden cambiarse por procesos químicos. Ellos solo pueden ser cambiados por reacción nuclear o atómica, sin embargo pueden ser combinados para producir el incontable número de compuestos con los que tropezamos día a día.

6.1.- La tabla periódica de los elementos

La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendeléyev, quien ordenó los elementos basándose en las propiedades químicas de los elementos, si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos. La forma actual es una versión modificada de la de Mendeléyev; fue diseñada por Alfred Werner. En 1952, el científico costarricense Gil Chaverri (1921-2005) presentó una nueva versión basada en la estructura electrónica de los elementos, la cual permite colocar las series lantánidos y los actínidos en una secuencia lógica de acuerdo con su número atómico.

UNIDAD 6.- NUEVOS MATERIALES

6.0.-  Introducción

Hoy en día, debido a los avances en física, química e informática, la creación de nuevos materiales (pulsar sobre "nuevos materiales" para acceder a un video) se ha convertido en algo más que esperanzador. Sumado ésto a la gran invención de los últimos tiempos, la nanotecnología. La nanotecnología trabaja a nivel atómico y molecular, lo que podría generar una revolución a nivel molecular en un futuro cercano.

El genocídio nuclear.

Chernobyl

En ocasiones la energía nuclear puede traer problemas si no se siguen los procedimientos de seguridad adecuados.

El accidente de Chernóbil fue un accidente nuclear sucedido en la central nuclear de Chernóbil (Ucrania) el sábado 26 de abril de 1986. Considerado, junto con el Accidente nuclear de Fukushima I en Japón de 2011, como el más grave en la Escala Internacional de Accidentes Nucleares (accidente mayor, nivel 7). Se considera uno de los mayores desastres medioambientales de la historia.

¿Cómo funciona la energía nuclear?

5.5.- Hacia un modelo energético sostenible.

Los criterios para construir un modelo energético sostenible serían:

• El ahorro y la eficiencia energética.

Una adecuada gestión de la demanda energética debe fundamentarse en la reducción del consumo energético actual, basado en el uso de combustibles fósiles, y en la mejora de la eficiencia energética, especialmente en el sector doméstico.
La eficiencia energética se refiere a la cantidad de energía primaria y final consumida por unidad de producto o servicio domestico o nacional. El uso racional y eficiente de los recursos energéticos permite producir un producto o dar un servicio consumiendo menos energía y generando niveles inferiores de contaminación.

• Utilización de energías renovables frente a las fósiles.

Promoción de las energías limpias y renovables en sustitución de las energías fósiles que contaminan y esquilman los recursos naturales. Las ventajas ambientales, estratégicas y socioeconómicas del uso de las energías renovables frente a las energías fósiles son las siguientes:

- Ambientales : No producen emisiones de CO2 y otros gases contaminantes a la atmósfera, con lo que evitan el incremento del efecto invernadero y el cambio climático. No generan residuos de difícil tratamiento, como los residuos peligrosos o nucleares. No dependen de combustibles finitos, son renovables y no se agotan.
 - Estratégicas: Son autóctonas, mientras que los combustibles fósiles se encuentran concentrados en un número determinado de países. Evitan la dependencia exterior aumentando la seguridad de suministro. Mientras que los combustibles fósiles aumentan las importaciones energéticas.
 - Socioeconómicas: Crean cinco veces más puestos de trabajo que las convencionales. Sin embargo las tradicionales crean menos empleos respecto a su volumen de negocio. Contribuyen al equilibrio interterritorial ya que pueden instalarse en zonas rurales. Permiten a España desarrollar tecnologías propias. Las energías tradicionales utilizan en su gran mayoría tecnología importada.

5.4.- Ventajas y desventajas de los distintos tipos de energías.

5.3.3.- Centrales de energías renovables.

Energía Eólica

La energía eólica es una de las propuestas que se ofrecen como sustituto de las energías fósiles ya que esta es renovable.

El viento acciona las hélices de un aerogenerador y éste, a su vez, mueve el rotor de un generador produciendo así electricidad.

Las ventajas de este tipo de energía residen sobre todo en que  es totalmente limpia ya que ni contamina ni emite gases de ningún tipo a la atmósfera, desventajas que tienen las energías tradicionales.

Energía Fotovoltaica

Este es otro tipo de energía renovable y no contaminante.

Los receptores del calor y la energía solar son una especie de “espejos” denominados células fotovoltaicas. Estos captan la energía solar y se convierte en electricidad. Tampoco emite gases a la atmósfera y puede ser sustituta de las energías tradicionales.

5.3.2.- Centrales nucleares.

Es una central termoeléctrica en la que un reactor nuclear actúa como caldera. La energía térmica se origina por la fisión de combustible nuclear formado por un compuesto de uranio.  

El combustible nuclear se encuentra en el interior de una vasija herméticamente cerrada, junto a un sistema de control de la reacción nuclear y un fluido refrigerante, constituyendo un reactor nuclear.

El calor generado en el combustible del reactor y transmitido después a un refrigerante se emplea para producir vapor de agua, que acciona el conjunto turbina-alternador, generando la energía eléctrica.

Los edificios de una central nuclear en comparación con una convencional de similar potencia son mucho más robustos y más grandes para alojar los sistemas redundantes instalados y que responden al fallo previsto.

Contaminación provocada

La energía nuclear produce residuos nucleares que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo. No produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión ni precisan el empleo de combustibles fósiles para su operación. Sin embargo, cabe destacar las emisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos.

5.3.1.- Centrales de combustibles fósiles.

Las centrales de combustibles fósiles producen electricidad a partir de la energía química almacenada en un combustible (petróleo, carbón o combustibles nucleares).

Contaminación provocada

Uno de los problemas asociados a las centrales térmicas de carbón o petróleo es la contaminación provocada por los gases emitidos a la atmósfera durante la combustión del petróleo o el carbón. Se generan óxidos de nitrógeno y de azufre. Y, aunque las chimeneas de las centrales térmicas son altas para intentar minimizar los efectos de la emisión de gases tóxicos en el entorno, estas centrales contaminan la atmósfera.

Centrales de ciclo combinado

Son centrales térmicas de última generación, más eficientes y menos contaminantes. La construcción de este tipo de centrales ha proliferado durante los últimos años en los países desarrollados. Sin embargo, los grupos ecologistas recuerdan sus inconvenientes para el medio ambiente.

En este tipo de centrales hay dos turbinas: unas de gas y otra de vapor.

Se quema el gas, y los gases resultantes de la combustión son los que mueven la primera turbina.

Después el gas, que aún sigue muy caliente, se utiliza para calentar agua y crear vapor que es el componente que mueve la segunda turbina (la turbina de vapor), creando nuevamente energía.

El vapor utilizado se refrigera y vuelve a convertirse e agua con el objetivo de optimizar el proceso lo más posible.

Al igual que en las demás centrales el principal problema es la emisión de gases a la atmósfera durante la combustión de, en este caso, el gas. Y aunque se intente regular esta emisión, sigue habiendo una parte que contamina el medioambiente.

5.3.- Producción de energía eléctrica. Tipos de centrales.

La generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón local sistema de suministro eléctrico.

La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien estos no difieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían en función a la forma en que se accionan. Explicado de otro modo, difiere en qué fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica.

Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales generadoras se clasifican en termoeléctricas (de carbón, petróleo, gas, nucleares y solares termoeléctricas), hidroeléctricas (aprovechando las corrientes de los ríos o del mar: mareomotrices), eólicas y solares fotovoltaicas. La mayor parte de la energía eléctrica generada a nivel mundial proviene de los dos primeros tipos de centrales reseñados. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en común el elemento generador, constituido por un alternador de corriente, movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada.

• Centrales termoeléctricas

Una central termoeléctrica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear o del sol como las solares termoeléctricas. Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas.

 

 En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un Condensador donde circula por tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.

En las centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustión del gas natural para mover una turbina de gas.

 

• Centrales hidroeléctricas

Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.

La energía garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.

• Centrales eólicas

La energía eólica se obtiene mediante el movimiento del aire, es decir, de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren una energía. 

 

En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.

• Centrales fotovoltaicas

Se denomina energía solar fotovoltaica a la obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. 

 

El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica.

5.2.- Energía y transporte.

Transporte de la energía en bruto

 

 Con excepción de la energía solar de uso directo (por ejemplo, para calentar agua en una casa) la energía en bruto recorre miles de kilómetros cargada en buques y ferrocarriles, y debe ser procesada y afinada.

El transporte de crudo entre los yacimientos y las refinerías está a cargo de una flota de unos 4.000 grandes buques y de una red de oleoductos de decenas de millares de kilómetros. Un día cualquiera, unos 5 millones de toneladas de petróleo están en movimiento a lo largo de esta red.

El principal problema del transporte de crudo estriba en su peligrosidad. Se han producido accidentes en oleoductos que han dejado decenas de víctimas. Los vertidos, en tierra o en mar, son otro grave problema. En los últimos treinta años, las costas de Galicia han sufrido tres vertidos catastróficos (Urquiola, Aegean Sea y Prestige).

 Transporte del gas natural desde sus yacimientos

 

 El gas natural necesita poca transformación para ser utilizado en sus destinos finales de la industria y los hogares. En ocasiones es preciso filtrarlo de impurezas o reducir su grado de humedad. Una vez que está listo, comienza su largo viaje a partir de los yacimientos hasta las grandes estaciones de distribución en el país de destino.

Buena parte del gas es transportado directamente en gasoductos. Otra parte importante se transporta en forma de Gas Natural Licuado (GNL). El gas en bruto se enfría y comprime hasta que pasa al estado líquido. Entonces de carga en grandes buques metaneros, que depositan su carga en estaciones de regasificación (como la de Barcelona, la primera en funcionar). De ahí, el gas natural reconstituído se inyecta en la red fina de distribución.

 Transporte del carbón

 

 Los bajos precios del carbón en las explotaciones a cielo abierto y la exigencia de quemar combustibles bajos en azufre en las centrales térmicas han impulsado el comercio mundial de carbón desde países lejanos. El transporte de larga distancia puede ser rentable, pero en términos de eficiencia ambiental es un desastre.

El carbón requiere poca transformación para su transporte como energía primaria. Las principales operaciones son el cribado, para extraer cuerpos extraños y obtener una calidad uniforme, y el lavado, para eliminar impurezas.

Refinado y transporte de combustible nuclear

 

 A diferencia del petróleo, el gas o el carbón, el combustible nuclear necesita un complejo proceso de elaboración antes de poder ser transportado (con enormes precauciones) para su uso como energía primaria.

l trayecto del combustible nuclear entre la mina de uranio y el reactor es un proceso estrechamente controlado por los gobiernos y por organizaciones internacionales, la principal de las cuales es la OIEA (Organización Internacional de Energía Atómica).

El mineral de uranio triturado es transformado para obtener uranio enriquecido en el isótopo radiactivo U235 . El subproducto que queda atrás (uranio empobrecido) se utiliza para fabricar munición de guerra, ya que su enorme densidad le da un alto poder de penetración.

Las pastillas de uranio  enriquecido comienzan su viaje  hacia las centrales nucleares rodeadas de excepcionales medidas de seguridad, para evitar  un accidente radiactivo. Además, cada gramo de material fisible es controlado, para evitar su uso por parte de grupos terroristas o de gobiernos no autorizados para usar la energía nuclear.

5.1.1.- Energía primaria y energía final

Una fuente de energía primaria es toda forma de energía disponible en la naturaleza antes de ser convertida o transformada. Los tipos de energía primaria posibles son:
- Energía humana y animal.
- Energía mecánica.
- Energía química.
- Energía nuclear.
 - Energía solar.
y energia térmica terrestre.
Consiste pues en la energía contenida en los combustibles crudos y otras formas de energía que constituyen una entrada al sistema. Si no es utilizable directamente, debe ser transformada en una fuente de energía secundaria. En la industria energética se distinguen diferentes etapas: la producción de energía primaria, su almacenamiento y transporte en forma de energía secundaria, y su consumo como energía final.

5.1.- El problema energético

Consiste en la reducción de los recursos energeticos, como por ejemplo, el petróleo. La crisis de los combustibles fósiles han hecho mirar a la ciencia, hace tiempo, a otras posibles formas de aprovechamiento y generación de la energía que consumimos. Poco a poco, debido a problemas económicos derivados, han sido los gobiernos y las multinacionales las que han prestado atención a los avances, y poco a poco seremos los ciudadanos los que lo hagamos.

UNIDAD 5.- LA ENERGÍA

5.0.-  Introducción

El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.
En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.

Proceso de retroceso de los glaciares canadienses.

El proceso de destrucción de los glaciares en el alto Ártico canadiense se está acelerando y probablemente sea ya irreversible, de acuerdo con las nuevas proyecciones de modelos, según un estudio publicado en 'Geophysical Research Letters' por científicos de la Universidad de Utrecht.

¿Qué pasaria si los glaciares se siguen derritiendo?