Transformación de materiales y energía
Propósitos del bloque:
Distinguir el origen, la diversidad y las posibles transformaciones de los materiales según la finalidad.
Clasificar los materiales de acuerdo con sus características y su función en diversos procesos técnicos.
Identificar el uso de los materiales y de la energía en los procesos técnicos.
Prever los posibles efectos derivados del uso y transformación de materiales y energía en la Naturaleza y la sociedad.
1. Materiales
Los han invitado a una exposición internacional de gastronomía. Allí hay comida francesa, italiana, española, china, japonesa, argentina, mexicana, etc. En esta ocasión, México es un invitado especial y por ello se le han dedicado varios pabellones, divididos por región geográfica.
La enorme diversidad de platillos que hay en esa exposición refleja la amplia gama de productos alimenticios con que se preparan. Además, también muestra que las variaciones regionales en la producción de estos materiales determina el estilo de su preparación.
El de los alimentos no es el único ejemplo de productos definidos por los materiales con que se elaboran. Piensa en las casas y la ropa. En este último caso, es común que la ropa de piel predomine en zonas donde prevalece la ganadería, mientras que la sintética suele ser común en grandes ciudades con zonas industriales relevantes.
En este tema, se revisará la diversidad y las posibles transformaciones de los materiales para la elaboración de productos que satisfacen necesidades e intereses. Además, se analizará otra característica de los materiales: su integración en las herramientas y máquinas que intervienen en los procesos de producción técnicos y tecnológicos.
En casa, revisa las etiquetas de algunas prendas de vestir y anota en el cuadro la composición de la tela con que está hecha. Por ejemplo, “50% algodón, 50% nailon”. Si no tiene etiqueta, pregunta a algún adulto si sabe con qué se ha confeccionado.
Porcentaje de un material
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Porcentaje de otro material
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Algodón 50%
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Poliestireno %
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Poliestireno 90%
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Viscosa 7 %
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Elastano 3%
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Combinación 45% de poliester
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Tomando en cuenta el conjunto completo de prendas de vestir con etiqueta que tienes, ¿crees que su composición corresponde a la zona geográfica en que vives? Explica por qué.
No, porque son materiales que se utilizan en la mayoría de los lugares.
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1.1 Origen, características y clasificación de los materiales.
Origen de los materiales
Un material es un artículo, elemento u objeto que tiene una presencia física tangible y posee características propias que lo distinguen de los demás. Desde el punto de vista técnico y tecnológico, los materiales son los elementos que habrán de transformarse para crear un producto, por ejemplo: el agua, una planta, una roca, una fruta, etcétera.
Por su origen, existen dos tipos de materiales: naturales y sintéticos.
Los materiales naturales son los que se encuentran libremente en la Naturaleza: rocas, agua y petróleo crudo. También aquellos que provienen de plantas, animales, bacterias y de cualquier otro ser vivo.
Por conveniencia, se consideran materiales naturales los que se producen en las actividades agrícolas y ganaderas.
Lo mismo sucede con las pieles de los animales con las que se confeccionan zapatos; durante el proceso de curtido, las pieles se secan y obtienen consistencia, pero en ningún momento son sometidas a procesos en que cambian su estado o su esencia.
Por otra parte, los materiales sintéticos son producto de procesos técnicos que modifican por completo la naturaleza de los materiales originales.
En la actualidad, casi todos los productos sintéticos son derivados del petróleo. Los plásticos constituyen el ejemplo más notable. Debido a sus características de flexibilidad, facilidad para moldearse y resistencia a la degradación, se han convertido en parte primordial de los objetos que nos rodean: vasos, bancas, mesas, lentes, prendas de vestir, etcétera.
En el siguiente cuadro, escribe varios ejemplos de materiales naturales y también de sintéticos empleados en algunos artículos herramientas o máquinas de uso común en la casa o la escuela. (Si tienes dudas, pregunta a tu profesor o consulta en Internet).
Material natural
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Artículos, herramientas o máquinas en los que se utiliza.
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Madera
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Mesas, sillas, cucharas, casas, etc.
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Algodón
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Prendas de vestir, carpas, filtro, neumáticos, etc.
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Carbón
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Grafito, fibras. diamantes, etc.
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Cobre
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Paneles solares, molinos de viento, generadores, trasformadores, etc.
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Petróleo
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Gasolina, detergente, plásticos, pinturas, medicinas, fibras, etc.
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Material sintético
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Artículos, herramientas o máquinas en los que se utiliza.
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Polietineo
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Cables, envases, vasijas, tubos ,película, etc,
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Nailon
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Medias. Tejidos, telas, etc,
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Acrilico
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Rotulos, anuncios, sanitarios, pintura, etc.
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Poliestireno
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Vasos térmicos, cajas, industrias, vestimenta, etc.
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Características de los materiales
Cada material tiene un conjunto único de características que lo idéntica: color, forma, consistencia, etcétera.
Son las características de los materiales las que determinan también la función que desempeñarán en el producto final. En los climas fríos se usan materiales que conservan el calor del cuerpo, como las pieles, para confeccionar prendas de vestir protectoras.
Con el paso del tiempo, el ser humano ha desarrollado materiales cada vez más adecuados para la actividad en que se utilizarán. Primero, mediante aleaciones, en que se combinaban dos o más materiales para hacerlos más fuertes, consistentes o durables.
Otro caso es el de la sustitución de un material con otro para realizar mejor una función.
Todos los días tienes contacto con una cantidad enorme de materiales, aunque muy pocas veces pienses en estos. Completa el cuadro con el nombre de productos cuyo componente principal sea el material indicado. Sigue el ejemplo.
Madera
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Metal
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Plástico
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Mesa
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Bicicleta
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Envase de refresco
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Silla
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Llaves
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Sillas
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Casas
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Cucharas
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Bolsas
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Muebles
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Puertas
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Plumas
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Porta retratos
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Tubos
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Mesa
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Propiedades técnicas de los materiales
En un proceso de producción técnica o tecnológica, los materiales pierden sus características para transformarse en otro producto.
En este caso, los materiales son parte de los insumos; es decir, los bienes consumibles que se utilizan para producir otros bienes.
En general, insumos son los materiales, la energía y los conocimientos que alimentan un sistema técnico. En el caso de los materiales, sus propiedades técnicas son las que determinan su uso y aplicación en un sistema ser humano-producto.
El término propiedades técnicas alude a las características que determinan las modificaciones técnicas que puede experimentar el material durante su fabricación.
› Fusibilidad. Es la facilidad con que los materiales se pueden fundir.
› Plasticidad. Se refiere a la facilidad con que los materiales pueden cambiar de forma sin romperse ni agrietarse.
› Ductilidad. Es la facultad de algunos materiales para formar hilos.
› Maleabilidad. Es la capacidad de algunos materiales para extenderse en láminas delgadas.
1.2 Uso, procesamiento y aplicaciones de los materiales naturales y los sintéticos. Clasificación de los materiales por su uso
Las características de los materiales definen su uso. No se usaría cartón para hacer un cuchillo que corte carne. Al mismo tiempo, el uso determina la búsqueda y el desarrollo de nuevos materiales.
El uso de los materiales también se emplea como criterio para la clasificación. A la vez, esta clasificación es la que da origen a las industrias integradas en los distintos campos tecnológicos.
Sin embargo, debes considerar que hay materiales que se utilizan en más de una industria, como la madera, que se utiliza en la industria maderera y en la de la construcción. Al mismo tiempo, hay materiales que, una vez procesados, pasan a una industria diferente, como las láminas de metal provenientes de la industria metalúrgica que se utilizan en la industria automotriz.
Los efectos de la técnica en la vida diaria
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1 La siguiente es una breve lista de materiales. Escribe el nombre de algunos productos e industrias en los que se emplean.
• Madera:Mesas, sillas…Roperos, pisos, escaleras, cucharas, porta retratos, etc.
• Plástico:Bolsas, botellas…cucharas, teclados, teléfonos, botes, etc.
• Metales: Anillos, pinzas…collares, cucharas, cuchillos, puertas, tubos, etc.
• Vidrio:Vasos, copas...platos, ventanas, mesas, termómetros, etc.
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Estos casos ilustran que las características de los materiales determinan su empleo, pero que el uso o la necesidad que se debe satisfacer también determina las características deseables de los materiales e, incluso, define sus procesos de modificación.
Lo mismo es cierto para las herramientas: las características de los materiales con que se elaboran definen su uso en el proceso productivo, pero las necesidades de transformación de los materiales también definen la búsqueda o el desarrollo de nuevos materiales para la elaboración de herramientas más idóneas.
De este modo, con base en la relación simbiótica entre las características y el uso de los materiales, el ser humano ha ido adecuando los sistemas técnicos a la existencia de los materiales naturales y, a la vez, ha utilizado los mismos sistemas técnicos para el desarrollo de nuevos materiales, sean naturales o sintéticos.
En realidad, muchos de los materiales sintéticos han sido producto de la investigación científica y el desarrollo tecnológico, y se aplican de manera considerable para sustituir, con algún tipo de ventaja, otros materiales naturales.
Se puede decir que siempre que un plástico pueda reemplazar a un producto natural con un ahorro en costos o mayor durabilidad, terminará por hacerlo.
Bajo la lupa
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1. Visita tres páginas distintas de Internet y escribe un resumen de la historia del plástico. (Basta que incluyas las palabras “historia del plástico” en un buscador de la red. Recuerda que el simple hecho de que aparezcan en la página de resultados no es indicio de que las páginas sean confiables; por ello, conviene que visites tres, por lo menos).
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El primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860 en los Estados Unidos, cuando se ofrecieron 10.000 dólares a quien produjera un sustituto del marfil (cuyas reservas se agotaban) para la fabricación de bolas de billar. Ganó el premio John Hyatt, quien inventó un tipo de plástico al que llamó celuloide.
En 1907 Leo Baekeland inventó la baquelita, el primer plástico calificado como termofijo o termoestable: plásticos que puede ser fundidos y moldeados mientras están calientes, pero que no pueden ser ablandados por el calor y moldeados de nuevo una vez que han fraguado. La baquelita es aislante y resistente al agua, a los ácidos y al calor moderado. Debido a estas características se extendió rápidamente a numerosos objetos de uso doméstico y componentes eléctricos de uso general.
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Procesamiento de materiales naturales y materiales sintéticos
Para el procesamiento de materiales naturales y sintéticos, se utilizan diversas técnicas, entre de ellas:
› Aplicación de calor. Abarca desde la simple cocción de alimentos hasta el uso de altos hornos para la fundición de metales.
› Hilado. Alude al proceso para crear hilos a partir de materiales como la lana de las ovejas o la flor del algodón.
› Mezcla o aleación. En este caso, dos o más materiales, al combinarse, adquieren una nueva característica. Por ejemplo, la mezcla de cemento, agua, grava y arena da lugar, una vez seca, al concreto.
› Moldeado. Es un proceso similar al que viste en la actividad de la sección “Propiedades técnicas de los materiales”. Por lo general, los productos de plástico se crean con este proceso técnico.
› Transformación química. Mediante procesos diversos, como la aplicación de elementos químicos reactivos, se transforman las características químicas de los materiales. Así es como, por ejemplo, el petróleo se transforma en plástico o gasolina.
› Compresión. Merced a la aplicación de fuerza excesiva, se comprime un producto para que ocupe menos espacio, como en el caso de la madera aglomerada.
› Torneado. Con el uso de un torno se da forma cilíndrica a un material, ya sea moldeándolo con las manos, como en el caso de la cerámica, o recortando las partes excedentes como se hace con un torno industrial.
Nuevas aplicaciones de materiales naturales y sintéticos
El primer martillo debió de ser construido con madera y hierro. No sólo porque aún no se conocía el proceso técnico para la creación de aleaciones, sino porque el ser humano recurre, como primera instancia, a los materiales que tiene a la mano para satisfacer necesidades e intereses.
En general, el uso de las herramientas en los procesos de producción estaba dictado, también, por las limitaciones en los materiales naturales. Sin embargo, con el tiempo, surgieron las aleaciones; es decir, la mezcla de dos o más metales para crear un material nuevo, con mejores características que los materiales originales.
Esta es otra vertiente del avance de los procesos de producción técnicos y tecnológicos: las nuevas aplicaciones de materiales naturales y sintéticos, que llevan a nuevos productos finales, o a nuevas herramientas y máquinas que posibilitan la creación de nuevos sistemas técnicos.
1.3 Previsión del impacto ambiental derivado de la extracción, el uso y el procesamiento de los materiales
Los productos de desecho de los procesos de producción
Al modificar la naturaleza de los materiales, los procesos de producción generan desechos. Un desecho es el residuo no útil originado por la transformación de un material.
Los procesos de producción técnicos o tecnológicos dan lugar a otro tipo de desechos: los subproductos. Se trata de los compuestos no útiles que se generan al aplicar procesos químicos o industriales de manufactura de materiales sintéticos.
Un tercer tipo de desecho es el producido por la combustión para generar los procesos técnicos de transformación de materiales.
Todos estos desechos pueden clasificarse de la manera siguiente:
› Desechos orgánicos. Todo desecho que alguna vez tuvo vida o fue parte de un ser vivo: hojas, ramas, cáscaras y residuos de la elaboración de alimentos, etcétera.
› Desechos inorgánicos. Todo desecho de origen no biológico; industrial o de algún otro proceso que no sea natural: plástico, telas sintéticas, etcétera.
› Desechos peligrosos. Todo desecho, sin importar su origen, que constituye un peligro, por lo que debe tratarse de manera especial: residuos radiactivos, ácidos y sustancias químicas corrosivas, entre otros.
Los efectos de la técnica en la vida diaria
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1. Aunque la basura que se genera en el hogar no suele ser el resultado de algún proceso de producción técnica, también se considera un desecho. En algunos estados de la República Mexicana se recomienda el manejo adecuado de la basura o la separación de los desechos en orgánicos e inorgánicos. Investiga por qué esta simple actividad puede ayudar a mejorar las condiciones ambientales de tu comunidad. Escribe un breve resumen acerca de lo que indagaste.
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Por qué reducir la basura en la calle ayuda a que las coladeras no se tapen evitando inundaciones, también evita que allá plagas que provoquen enfermedades.
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El impacto ambiental derivado de la actividad productiva.
Impacto ambiental es la modificación del medio natural y humano. En general, todos los sistemas técnicos, al utilizar insumos para crear nuevos productos, generan un impacto ambiental.
Para estudiar el impacto ambiental derivado de la actividad productiva, a continuación presentamos una breve clasificación de sus diferentes tipos.
1. Por la variación de la calidad del medio. Hay dos tipos de impacto que afectan la calidad del medio:
› Positivo. El proceso productivo beneficia la calidad del ambiente, como en el caso de las plantas para tratamiento de aguas negras.
› Negativo. Se ocasionan perjuicios claros para el ambiente en la belleza del paisaje, en el deterioro cultural y, sobre todo, en el equilibrio ecológico, como el producido por las industrias altamente contaminantes que arrojan sus desechos al aire o al agua.
2. Por su persistencia. Si se considera la duración del impacto ambiental, éste puede ser temporal o permanente:
› Temporal. Es el provocado por una empresa que deforesta un área de bosque, pero siembra de inmediato nuevos árboles. Cuando estos crezcan, el área recobrará su aspecto y su riqueza.
› Permanente. Supone una alteración definitiva al ecosistema; por ejemplo, la creación de una nueva zona urbana en un terreno antes dedicado a la siembra.
3. Por la relación entre acciones y efectos. Las acciones resultantes de un proceso de producción tienen diversos tipos de efectos sobre el ambiente, los cuales se clasifi can en tres vertientes:
› Simple. Es el efecto que solo se muestra en un componente del ambiente, sin el desencadenamiento de nuevos efectos ni la acumulación de estos. Por ejemplo, la construcción de una carretera solo incrementa el tránsito.
› Acumulativo. Cuando la acción dura mucho tiempo, aumenta la gravedad del impacto ambiental, en caso de que no se eliminen los efectos con la misma rapidez con que se producen otros nuevos.
› Sinérgico. Se ocasiona cuando la presencia simultánea de varios agentes o acciones tiene un impacto ambiental mayor que la suma de los efectos individuales.
Bajo la lupa
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1. Para retomar el caso de los plásticos, investiga en Internet el tema “degradación de los plásticos” (como siempre, consulta por lo menos tres páginas) y escribe un resumen de la información que encuentres.
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La mayor proporción de los residuos plásticos se encuentra en los residuos sólidos urbanos mezclados con materiales de naturaleza muy diferente, constituyendo un 7% en peso y un 20% en volumen de los mismos. Este hecho, junto con la baja densidad de la mayoría de los materiales plásticos, dificulta las operaciones de recogida, separación y clasificación necesarias para proceder a su reciclado. Un inconveniente añadido es la existencia de una gran variedad de tipos de plásticos con propiedades y composición química muy diferentes, así como la incorporación de cargas tanto orgánicas como inorgánicas para mejorar alguna de sus propiedades.
La composición típica de los residuos plásticos suele estar formadapor polímeros y los más abundantes son polietileno de alta densidad (PEAD), polietileno de baja densidad (PEBD), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno (PS) y polietilentereftalato (PET). Es de destacar que el conjunto de las poliolefinas (PE y PP) más el poliestireno representan aproximadamente un 70% del total.
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Resultados esperados e inesperados de la extracción, el uso y el procesamiento de los materiales.
Cuando el ser humano desarrolló la agricultura y empezó a retirar maleza y a talar árboles para preparar los primeros terrenos de cultivo, no estaba consciente de que producía un impacto permanente en el entorno.
Para alimentar aquellas grandes industrias, se empezaron a extraer enormes cantidades de carbón. Inconscientes del daño ambiental, el producto de la combustión se lanzaba al aire y los desechos debidos al procesamiento de materiales se arrojaban a los ríos o en terrenos baldíos, así se creaban efectos acumulativos.
Por supuesto, todos los resultados obtenidos de la extracción, el uso y el procesamiento de los materiales eran inesperados. Pasó mucho tiempo antes de que se relacionara la contaminación del aire con las enfermedades respiratorias que afectaban la calidad de vida de las personas que vivían cerca de las industrias.
Repasemos lo aprendido
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Una vez concluido el tema dedicado a los materiales, es el momento oportuno para repasar lo aprendido hasta el momento.
Completa los enunciados con los términos que correspondan. Recuerda que es probable que algunos de ellos se usen más de una vez o que no se empleen en el ejercicio.
impacto ambiental, material, propiedades técnicas, insumos, energía, herramientas, máquinas, acciones técnicas
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1. Un es un artículo, elemento u objeto que tiene una presencia física tangible.
2. Las características de un material suelen determinar su uso en acciones técnicas productos finales y en y herramientas.
3. Los insumos están representados por materiales, y conocimientos.
4. Las propiedades tecnicas son las características que determinan las modificaciones técnicas que puede experimentar un material durante su fabricación.
5. El impacto ambiental está representado por el cambio que se provoca en las condiciones del entorno natural y humano.
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1. Energía
El concepto de energía es muy difícil de definir. En realidad, hay varias maneras de hacerlo; por ejemplo, en física existe una relación directa entre la energía y la materia (llamada masa). Pero a nosotros, en este libro, lo que nos interesa es definirla desde el punto de vista de los procesos productivos técnicos y tecnológicos.
Entonces, tendríamos que explicar el concepto de energía a partir de una frase como “la energía eléctrica es la que hace funcionar ese motor”, para acercarnos a la defi nición que queremos.
Distintos cuerpos pueden producir diferentes tipos de energía. Y hay casos como el de las plantas, que absorben la energía del Sol y la utilizan para crear materia orgánica que, al ser ingerida por los animales herbívoros, se convierte en la energía que les permite desplazarse por el planeta; es decir, hay un proceso de transformación de la energía.
La mujer en el proceso tecnológico
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A partir de 1964 se empezó a emplear la energía nuclear para la producción de electricidad; en realidad, se estaba dando un uso práctico, que aportaría grandes beneficios a la humanidad, a un descubrimiento realizado más de sesenta años antes por una mujer ejemplar: Marie Curie.
A finales del siglo XIX, a pesar de las fuertes restricciones que existían entonces para que las mujeres cursaran estudios universitarios, Marie Curie superó prejuicios y obstáculos y fue capaz de obtener un doctorado en física. Pero eso no significó la conclusión de su carrera; al contrario, junto con su esposo, Pierre Curie se dedicó a investigar un tema novedoso y lleno de misterio en esa época: la radiactividad. Esta investigación condujo al descubrimiento de dos elementos químicos: polonio y radio; este último es el elemento químico más radiactivo que existe.
El trabajo de Marie Curie dio impulso definitivo a la investigación en el uso de la energía nuclear en el siglo XX.
1. Busca en Internet una biografía de Marie Curie. (Ya lo sabes, debes consultar tres fuentes y elegir la que te parezca de mayor calidad). Léela con cuidado y escribe lo que te haya parecido más ejemplar de sus logros, considerando su papel como mujer, en los procesos tecnológicos y científicos.
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Maria Salomea Skłodowska-CurieA (Varsovia, 7 de noviembre de 1867 – Passy, 4 de julio de 1934), conocida habitualmente como Marie Curie, fue una científica polaca, nacionalizada francesa. Pionera en el campo de la radiactividad, fue, entre otros méritos, la primera persona en recibir dos premios Nobel en distintas especialidades —Física y Química—C y la primera mujer en ocupar el puesto de profesora en la Universidad de París. En 1995 fue sepultada con honores en el Panteón de París por sus propios méritos
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2.1 Fuentes y tipos de energía y su transformación
Las fuentes de energía son recursos naturales de los que el ser humano extrae energía para realizar algún tipo de trabajo.
A raíz de la Revolución industrial del siglo XVIII, el hombre comenzó a hacer uso extenso de los recursos naturales como fuente de energía. Al principio fue el carbón, con el que se alimentaban las máquinas de vapor industriales, los trenes y los hogares; más adelante fueron el petróleo y sus derivados, en la industria y el transporte.
La explotación desmedida ha conducido a la humanidad a una situación en que se deben cuidar extremadamente estos recursos para evitar que se agoten.
› Fuentes de energía no renovables. Son todas las que, una vez empleadas, ya no son útiles o dejan de existir. Tampoco es posible obtener más mediante algún proceso de transformación, por lo que corren el riesgo de agotarse.
› Fuentes de energía renovables. Son todas las que pueden emplearse una y otra vez, sin riesgo de agotarlas.
Existe una clasificación adicional de las fuentes de energía:
› Fuentes de energía convencionales. En general, se trata casi de los mismos recursos incluidos en las fuentes de energía no renovables, pero la clasificación atiende al hecho de que son las que se han usado tradicionalmente para realizar un trabajo en los procesos de producción técnicos y tecnológicos.
› Fuentes de energía alternativas. En este rubro se incluyen todas las energías que representan una opción al uso de las fuentes convencionales, y que también contribuyen a reducir el impacto ambiental del uso de estas (por lo que a veces se les denomina fuentes de energía limpias).
Tipos de energía
¿Cómo llamarías a la energía que obtenemos de los alimentos y que nos permite movernos, estudiar y leer este libro? En nuestro cuerpo los alimentos se descomponen mediante un proceso de oxidación, por lo que se trata de energía química.
¿Y cómo se llama la energía que aplicamos a unas pinzas para doblar un metal? En general, le llamamos energía mecánica. Pero este es un concepto muy amplio, que abarca desde el movimiento hasta la aplicación de una fuerza, como en este caso.
La siguiente es una lista muy breve de tipos de energía:
› atómica › gravitatoria › cinética › hidráulica › eléctrica › luminosa › electromagnética › solar › eólica › térmica › geotérmica.
Bajo la lupa
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1. De la lista anterior, selecciona cinco tipos de energía. Investiga en Internet la definición de cada una de tus elecciones y añade un ejemplo de su uso.
• Energía atómica Ejemplo de uso: Control de Plagas.
• Energía luminosa Ejemplo de uso: En la fotosintesis
• Energía hidráulica Ejemplo de uso: Se emplea, mediante el uso de norias, para mover algunas máquinas como por ejemplo molinos.
• Energía solas Ejemplo de uso: Celdas solares
• Energía eólica Ejemplo de uso: Para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas
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Transformación de la energía
Todos sabemos lo que sucede cuando estamos viendo un programa de televisión y de pronto “se va la luz” (es decir, se suspende el suministro de energía eléctrica). De lo que pocas veces estamos conscientes es de la forma en que se genera la electricidad que alimenta todos nuestros aparatos electrodomésticos y una cantidad muy significativa de máquinas que integran los sistemas técnicos de producción.
En realidad, desde que se empezó a usar la energía eléctrica para alimentar motores y aparatos electrodomésticos, parte de la investigación científica y tecnológica se ha dirigido a encontrar fuentes más económicas, confiables y con menor impacto ambiental para generar energía eléctrica.
Ejercita el deporte de la reflexión
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1. Completa los enunciados con los términos que correspondan. Recuerda que es probable que uno de ellos se use más de una vez o que otros no se empleen en el ejercicio.
pila, planta, motor, mecánica, eléctrica, radiador, ventilador
a) Un motor transforma la energía eléctrica en mecánica.
b) Una pila transforma la energía química en eléctrica.
c) Una planta transforma la energía solar en química.
d) Un motor convierte la energía electrica en radiante.
e) Un generador de electricidad convierte la energía mecánica en eléctrica.
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2.2 Funciones de la energía en los procesos técnicos y su transformación
La energía en los procesos técnicos
Para transformar cualquier material mediante un proceso técnico, sea artesanal o industrial, se necesita siempre realizar algún trabajo. Por tanto, de acuerdo con lo que vimos en el subtema anterior, se requiere el uso de algún tipo de energía.
En los procesos técnicos artesanales, casi toda esa energía es mecánica, proporcionada por el ser humano.
Sin embargo, en ambos procesos productivos se pueden utilizar, en cualquier momento, otros tipos de energía. Por ejemplo, en la fabricación artesanal de guitarras es posible que se empleen taladros o sierras eléctricas. También, en una fábrica de automóviles tal vez se recurra a la energía mecánica aportada por el ser humano, sobre todo en el proceso del montaje de las partes mecánicas y de los interiores del vehículo.
Al mismo tiempo, suelen usarse otros tipos de energía, como la térmica, en el fundido de metales; la química, en el procesamiento de derivados del petróleo, etcétera.
Transformación de la energía en los procesos productivo
Los procesos técnicos y tecnológicos emplean insumos para la creación de productos que satisfacen necesidades e intereses. Los insumos, como sabes, son materiales, energía y conocimientos.
No obstante, otros instrumentos de transformación de energía intervienen en los procesos productivos. Y en estos no solo se utiliza la energía eléctrica, sino muchas veces, en su nivel más simple, se usan mecanismos de conversión de la energía mecánica proporcionada por animales como en el caso de los arados, y en su nivel más complejo, las celdas de energía solar para la generación de energía
2.3 Previsión del impacto ambiental derivado del uso y la transformación de la energía
El impacto ambiental derivado del uso y la transformación de la energía
En algunos lugares, sobre todo en centros de excursión campestres, es común ver que la gente de la zona prepara alimentos para la venta quemando leña. En general, esto no tendría más impacto ambiental que el de lanzar a la atmósfera el producto de la combustión (humo y dióxido de carbono), si la leña consistiera en ramas y troncos recogidos del suelo.
El uso y la transformación de energía en los sistemas técnicos tiene estas dos vertientes de impacto ambiental: agotamiento de los recursos naturales y contaminación del entorno.
Los efectos de la técnica en la vida diaria
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Por supuesto, las fuentes de energía que tienen mayor impacto sobre el ambiente son las que se encargan de producir energía térmica.
Por otra parte, tendemos a considerar que el uso de la energía eléctrica es totalmente limpio.
1. Investiga en Internet el significado del término termoeléctrica y escribe un breve resumen de lo que aprendiste, tomando en cuenta el impacto ambiental. (Tal vez ya esté de más indicarlo, pero debes consultar por lo menos tres páginas).
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Se denomina energía termoeléctrica a la forma de energía que resulta de liberar el agua por medio de un combustible para mover un alternador y producir energía eléctrica.
La energía termoeléctrica puede usar como combustibles productos fósiles como petróleo, carbón o gas natural (ciclo combinado), átomos de uranio, en el caso de la energía nuclear, y energía solar para la generación solar-termoeléctrica.
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Previsión del impacto ambiental
Las características del impacto ambiental provocado por el uso y la transformación de la energía en los procesos técnicos están mejor definidas y son más conocidas que en el caso de los materiales. Por ello, la previsión, en teoría, debería ser más fácil. Sin embargo, los intereses económicos y la limitaciones técnicas dificultan su aplicación masiva.
Los intereses económicos intervienen en tres aspectos.
› En primer lugar, la extracción de combustibles fósiles como carbón y petróleo es una industria que alimenta a millones de personas en el mundo, que está bien establecida y que proporciona fuentes de energía a múltiples industrias.
› En segundo lugar, las medidas que protegen al ambiente, como instalación de filtros y construcción de plantas de procesamiento de desechos son costosas y, lamentablemente, no ofrecen ningún beneficio económico como compensación (es decir, aún no se ha encontrado un uso práctico para el humo de la combustión de combustibles fósiles, por ejemplo).
› Por último, la búsqueda de fuentes alternativas de energía todavía está en sus primeras etapas, la investigación para desarrollarlas es cara y, por tanto, su uso masivo aún es prohibitivo
Quizás la más importante sea la generación de energía eléctrica en plantas nucleares. Esta se usa desde 1964, pero implica dos riesgos que han limitado su aplicación: los desechos radiactivos que produce requieren un manejo cuidadoso, porque siguen emitiendo radiaciones dañinas para el ser humano muchos años después de que ha terminado su vida útil; por otra parte, el riesgo de accidentes, aunque es mínimo, causa grandes temores.
También se ha experimentado con combustibles alternativos, como la quema de basura o el uso de etano, que es un combustible orgánico producido a partir del procesamiento de la caña de azúcar, entre otros materiales orgánicos. Por último, el uso de celdas solares para generación de energía eléctrica y calentamiento de agua está limitado por el ciclo de día y noche (por supuesto, solo se cargan durante el día) y porque se necesita una superficie muy extensa para obtener cantidades pequeñas de energía.
Bajo la lupa
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1. Revisa con cuidado la dirección electrónica de la Semarnat (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales) en www.semarnat.gob.mx y escribe tres medidas que esta dependencia impone para prevenir o mejorar el impacto ambiental provocado por los procesos técnicos
A) Todas las sustancias y residuos peligrosos deben ser transportados por empresas autorizadas por SEMARNAT y la SCyT. Hay reglamentos, normas y leyes al respecto.
B) Las empresas de nueva creación deben presentar un estudio de impacto ambiental para que se les autorice su apertura por parte de SEMARNAT. Hay una norma oficial mexicana sobre impacto ambiental.
C) Aquellas industrias que generan sustancias o residuos peligrosos (por ejemplo, laboratorios farmacéuticos, refresqueras, etc.) deben presentar anualmente estudios de sus aguas residuales, esto con base a una norma oficial mexicana de SEMARNAT.
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2.4 Los materiales y la energía en la resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos
Todos los días enfrentamos problemas y los resolvemos. Para ello utilizamos conocimientos, aptitudes y experiencias. Cuantos más conocimientos y mayor experiencia
se tengan, más fácil será llegar a una solución. Y si además se conjuntan los conocimientos y la experiencia de varias personas, será aún más fácil lograrla.
Por lo general, en la resolución de problemas técnicos conviene aplicar un método
que la agilice o que permita afrontarla de manera más práctica.
Para esta tarea, es posible considerar varias características comunes:
1. La primera etapa siempre consiste en el planteamiento del problema.
2. A continuación, suele realizarse una sesión de investigación, que se relacione con soluciones a problemas técnicos similares al planteado.
3. En seguida, se reciben las aportaciones de los integrantes del equipo de trabajo.
4. Se traza un plan de trabajo que incluya todos los pasos necesarios para alcanzar la meta deseada
En la resolución de problemas, el uso de materiales y energía está presente desde la sesión de investigación, en la que debe llegarse a la definición de los insumos más adecuados, y es primordial en la etapa de diseño de un plan de trabajo, donde se ha de analizar su disponibilidad, su costo y las diversas opciones con que se cuenta.
Aprende haciendo
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En este proyecto supondremos que tú y tus amigos tienen un pequeño local de venta de comida en un centro recreativo cerca de tu localidad. Alguien está encargado de proporcionar el combustible que, por razones de aprovechamiento de fuentes de energía, será madera. Supondremos también que ya no es posible recolectarla del suelo, porque tu local requiere grandes cantidades.
1. De acuerdo con los pasos de resolución de problemas, menciona las actividades que harían para sacar adelante este proyecto, con el menor impacto ambiental negativo.
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Lo que aprendí en este bloque
Un material es un artículo, elemento u objeto que tiene una presencia física tangible y que posee características propias que lo distinguen de los demás, rasgos que determinan el uso que se le da como materia prima o como herramientas o máquinas. Por su origen, los materiales se dividen en naturales y sintéticos. Los primeros son los que se encuentran libremente en la Naturaleza; los segundos son producto de procesos técnicos que modifican por completo la índole de los materiales originales.
Un desecho es el residuo inútil de la transformación de un material. Hay desechos orgánicos, inorgánicos y peligrosos. En general, los desechos de los procesos productivos generan un impacto ambiental, que consiste en la modificación del medio ambiente natural y humano.
Energía es la capacidad que poseen los cuerpos para producir trabajo. Hay muchos tipos de energía. Las fuentes de energía son recursos naturales y se dividen en renovables y no renovables, y también en convencionales y alternativas. En los procesos productivos se lleva a cabo la transformación de un tipo de energía en otro.
Bibliografía
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