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Hierro

Aplicación a la Ing. Civil

Paganini, Gustavo Emmanuel - Legajo: 30044/12 - DNI: 37.734.537

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Introducción:

El hierro tiene una enorme importancia en la vida moderna.¿Cómo se podrían construir los aeroplanos todos los medios modernos de transportes y los innumerables dispositivos mecánicos en que se utiliza el hierro para su construcción , sin mencionar los tornillos y pernos y centenares de otras piezas corrientes en el uso diario. Es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado. Tiene de número atómico 26 y es uno de los elementos de transición del sistema periódico.

Propiedades:

El hierro puro tiene una dureza que oscila entre 4 y 5. Es blando, maleable y dúctil. Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil magnetizarlo en caliente, y a unos 790 °C desaparecen las propiedades magnéticas. Tiene un punto de fusión de unos 1535 °C, un punto de ebullición de 2750 °C y una densidad relativa de 7,86. Su masa atómica es 55,847.El metal existe en tres formas alotrópicas distintas: hierro ordinario o hierro- (hierro-alfa), hierro- (hierro-gamma) y hierro- (hierro-delta). La disposición interna de los átomos en la red del cristal varía en la transición de una forma a otra. La transición de hierro- a hierro- se produce a unos 910 °C, y la transición de hierro- a hierro- se produce a unos 1.400 °C. Las distintas propiedades físicas de las formas alotrópicas y la diferencia en la cantidad de carbono admitida por cada una de las formas desempeñan un papel importante en la formación, dureza y temple del acero

Estado natural:

El hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades, en concreto al oeste de Groenlandia. También se encuentra en los meteoritos, normalmente aleado con níquel. En forma de compuestos químicos, está distribuido por todo el mundo, y ocupa el cuarto lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre; después del aluminio, es el más abundante de todos los metales. Los principales minerales de hierro son las hematites. Otros minerales importantes son la goetita, la magnetita, la siderita y el hierro del pantano (limonita).La pirita, que es un sulfuro de hierro, no se procesa como mineral de hierro porque el azufre es muy difícil de eliminar. Para más detalles sobre el procesado de los minerales de hierro. También existen pequeñas cantidades de hierro combinadas con aguas naturales y en las plantas; además, es un componente de la sangre.

Aplicaciones y producción:

El hierro puro, preparado por la electrólisis de una disolución de sulfato de hierro II, tiene un uso limitado. El hierro comercial contiene invariablemente pequeñas cantidades de carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades físicas, pero éstas pueden mejorarse considerablemente añadiendo más carbono y otros elementos de aleación.La mayor parte del hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, como el hierro forjado, el hierro fundido y el acero. Comercialmente, el hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. Los compuestos de hierro se usan en medicina para

el tratamiento de la anemia. El hierro es un material estructural fundamental para la construcción de buques , equipos ferroviarios , puentes, automóviles, edificios, etc. las planchas de hierro se recubren con otros materiales. Cuando esta recubierto con zinc se le llama hierro galvanizado; cuando la capa protectora es de estaño se tiene la hojalata. En la fabricación de envases de hojalata las hojas de hierro laminado o chapa se decapan en un baño ácido y se les hace pasar atrevas de un estaño fundido, o se les somete a un proceso electrolito. Este último da un revestimiento de estaño mas delgado pero es igualmente eficaz a causa que no tiene grietas ni interrupciones. Si el revestimiento de estaño es imperfecto, la corrosión es rápida a causa de que el estaño esta en un lugar inferior al de el hierro en la serie electromotriz y se forma aun célula local de concentración

¿Cómo se produce el hierro?

Para producir el hierro, se deja caer por la parte superior de un gran horno, una carga de menas de hierro, coque y piedra caliza. En este horno se hace pasar una corriente de gases calientes a gran velocidad desde la parte baja de la cámara para realizar la combustión y la reducción del hierro. La carga desciende lentamente desde lo alto del horno hacia la base alcanzando temperaturas de hasta 3000 °F, este calor realiza la combustión del coque en su proceso de bajada. El hierro se funde y se va almacenando en la base del horno

Obtencion de hierro

Se puede obtener hierro a partir de los óxidos con más o menos impurezas. Muchos de los minerales de hierro son óxidos, y los que no, se pueden oxidar para obtener los correspondientes óxidos.La reducción de los óxidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno denominado comúnmente alto horno (también, horno alto). En él se añaden los minerales de hierro en presencia de coque y carbonato de calcio, CaCO3, que actúa como escorificante.Los gases sufren una serie de reacciones; el coque puede reaccionar con el oxígeno para formar dióxido de carbono:

C + O2 → CO2

A su vez el dióxido de carbono puede reducirse para dar monóxido de carbono:

CO2 + C → 2COAunque también se puede dar el proceso contrario al oxidarse el monóxido con oxígeno para volver a dar dióxido de carbono:

2CO + O2 → 2CO2

El proceso de oxidación de coque con oxígeno libera energía y se utiliza para calentar (llegándose hasta unos 1900 °C en la parte inferior del horno).En primer lugar los óxidos de hierro pueden reducirse, parcial o totalmente, con el monóxido de carbono, CO; por ejemplo:

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

FeO + CO → Fe + CO2

Después, conforme se baja en el horno y la temperatura aumenta, reaccionan con el coque (carbono en su mayor parte), reduciéndose los óxidos. Por ejemplo:

Fe3O4 + C → 3FeO + CO

El carbonato de calcio (caliza) se descompone:

CaCO3 → CaO + CO2

Y el dióxido de carbono es reducido con el coque a monóxido de carbono como se ha visto antes.Más abajo se producen procesos de carburación:

3Fe + 2CO → Fe3C + CO2

Finalmente se produce la combustión y desulfuración (eliminación de azufre) mediante la entrada de aire. Y por último se separan dos fracciones: la escoria y el arrabio: hierro fundido, que es la materia prima que luego se emplea en la industria.El arrabio suele contener bastantes impurezas no deseables, y es necesario someterlo a un proceso de afino en hornos llamados convertidores.

Mayores productores de los materiales metálicos:

· Alemania· Países bajos· Japón· Estados Unidos

Finalidad principal del informe:

Revisado el anterior tema introductorio con respecto al fierro, la finalidad de este informe es investigar la aplicación del fierro en las distintas estructuras de la rama de la ingeniería civil; para ello veamos:

Materiales metálicos:

Podemos encontrar como materiales metálicos los metales y sus aleaciones, como también sustancias inorgánicas que están constituidas por uno o más elementos metálicos; por ejemplo: hierro cobre, aluminio, níquel y titanio. Es importante tener en cuenta que el carbono es un elemento no metálico. Los metales tienen muchas características pero las más importantes son: buena conductividad eléctrica y térmica, opacidad, brillo, fusibilidad, plasticidad, dureza, etc. Ahora bien, podemos subdividir a los materiales metálicos en dos grupos importantes: los ferrosos y los no ferrosos.

· Ferrosos: a este grupo pertenece el hierro y sus derivados: el acero y la fundición.· No ferroso: este grupo esta formado por los demás metales y sus aleaciones.

A su vez, en función del peso, los metales se pueden subdividir en dos grupos: metales ligeros y metales pesados.

Tipos de fierro para el armado de estructuras que generalmente se utilizan:

· Fierro de 1/8 pulg.· Fierro de 1/4 pulg.

· Fierro de 1/2 pulg. etc.

Finalidades del fierro en una edificación:

· Columna· Zapatas· Vigas· Placas· Viguetas, etc.

Conclusiones:

El fierro es un material para la ingeniería civil muy importante, ya q este posee propiedades de alta resistencia, es decir, soporta cargas muy pesadas; y justamente se necesita estructuras o materiales de este tipo para la construcción y edificación q realiza un ingeniero civil.