Biorreactores – HOMOGENEIDAD E ISOTROPÍA

Todo análisis de propiedades de materiales basta ahora ha supuesto que el material es tanto homogéneo como isotrópico. Homogéneo significa que las propiedades del material son uniformes en todo el ámbito de su continuo, es decir, no son función de la posición. Este estado ideal rara vez se alcanza en materiales reales, muchos de los cuales están sujetos a incluir discontinuidades, de precipitados, de huecos o de partículas de materias extrañas provenientes de su proceso de manufactura. No obstante, para efectos de ingeniería la mayor parte de los metales y algunos no metales pueden considerarse como macroscópicamente homogéneos, a pesar de desviaciones microscópicas respecto a este ideal.

Un material isotrópico es aquel cuyas propiedades son independientes de la orientación o dirección. Esto es, la resistencia a lo ancho y en el espesor son, por ejemplo, igual que a lo largo de la pieza. La mayor parte de los metales y algunos no metales se consideran como macroscópicamente isotrópicos. Otros materiales son anisotrópicos, que quiere decir que no hay plano de simetría de propiedades de materiales. Los materiales ortotrópicos tienen tres planos mutuamente perpendiculares de simetría de propiedades, pero que podrían tener distintas propiedades en cada uno de los ejes. La madera normal, la madera contrachapada, la fibra de vidrio y algunos metales de lámina rolados en frio son ortotrópicos.

Una clase importante de materiales, que no son homogéneos (o lo que es lo mismo, que son heterogéneos) y no isotrópicos, es decir anisotrópicos, son los compuestos (véase también mas abajo). La mayor parte de estos son fabricados por el hombre, pero algunos, como la madera, ocurren en la naturaleza. La madera es un compuesto de fibras largas, unidas por una matriz resinosa de lignina. Por experiencia se sabe lo fácil que es dividir una madera a lo largo de las líneas de grano (fibras) y que es casi imposible hacerlo a través. Su resistencia es función a la vez de su orientación y de su posición. La matriz es mas débil que las fibras y siempre se dividin1 entre fibras.

La dureza de un material podría ser un indicador de su resistencia para desgastarse (aun-que noes garantía de resistencia al desgaste). La resistencia de materiales nuevos como los aceros, también están íntimamente correlacionados con su dureza. A los aceros y a otros metales se les aplican diversos tratamientos con la finalidad de incrementar du-reza Y resistencia. Esto se vera a continuación.

La dureza suele medirse en alguna de las tres escalas siguientes: Brinell, Rockwell o Vickers. Estos ensayos a la dureza comprenden en todos ellos imprimir a presión una pequeña sonda sobre la superficie del material bajo prueba. La prueba Brinell utiliza un balín de 10 mm de acero endurecido o de carburo de tungsteno * impulsado por una carga de 500 o de 3 000 kg, dependiendo del rango de dureza del material. El diámetro de la deformación resultante se mide bajo un microscopio y se utiliza para calcular el numero de dureza Brinell. La prueba Vickers utiliza un deformador de diamante piramidal y mide bajo microscopio el ancho de la deformación. La prueba Rockwell utiliza un balín de 1/16 de pulgada o un deformador de diamante en forma de cono de 120°, y se mide la profundidad de la penetración. La dureza queda indicada por un numero, seguido por la letra H, seguida por las letras que identifican el método utilizado; por ejemplo, 375 HB o 396 HV. Se utilizan varias escalas, identificadas con las letras (A, B, C, D, F, G) para materiales con distintos rangos de dureza Rockwell, y en una lectura Rockwell es necesario especificar letra y numero; por ejemplo, 60 HRC.

Ninguna de estas pruebas es destructiva, en el sentido de que la muestra se conserva intacta; sin embargo, la deformación puede presentar problemas si el acabado o termina-do superficial es critico o si la sección es delgada, por lo que de hecho se consideran pruebas destructivas. La prueba Vickers tiene la ventaja de solo tener un arreglo de prueba para todos los materiales. Tanto las pruebas Brinell como Rockwell requieren que se seleccione el tamaño de punta o la carga para generar la muesca, o ambas, para que coincida con el material bajo prueba. La prueba Rockwell es la preferida, ya que no sufre de errores de operador, pues no se requiere lectura en microscopio y la deformación tiene tendencia a ser menor; pero el numero de dureza Brinell permite una forma muy practica de estimar con rapidez la resistencia máxima ala tensión (Sur) del material, partiendo de la relación

donde H B = numero de dureza Brinell. Con esto se tiene una manera cómoda de obtener una medición experimental aproximada de la resistencia de cualquier muestra de acero al carbono o de aleación de mediana o baja resistencia, incluso de alguna pieza que ya este en servicio y que no pueda ser probada de manera destructiva.

En las pruebas de microdureza se aplica una fuerza reducida, en conjunción con un pequeño deformador de diamante, y se obtiene así un perfil de microdureza en función de la profundidad a través de una sección de la muestra. La dureza se determina en una escala absoluta. dividiendo la fuerza aplicada entre el área de la deformación. Las unidades de dureza absoluta son kgr/mm2. Los números de dureza Brinell y Vickers también funcionan con estas unidades de dureza, aunque los valores medidos en la misma muestra suelen diferir en cada uno de los métodos. Por ejemplo, una dureza Brinell de 500 HB es mas o menos la misma que una dureza Rockwell C de 52 HRC y una absoluta de 600 kglmm2. Seepsa fabricación de biorreactores y fermentadores.