A la producción final

Metales y Aleaciones Metálicas 

METALES

Los metales son unos elementos químicos que desempeñan un papel muy importante en nuestra sociedad desde hace miles de años. Gracias a sus características y sus diferentes variedades, los metales nos han ayudado a construir casi todos los elementos que nos acompañan en nuestra vida diaria 

Presente en construcciones, tecnología, transporte, y herramientas diarias. 
Resistencia, maleabilidad, conductividad.  

ALEACIONES METÁLICAS

Las aleaciones metálicas son combinaciones de metales o metales con otros elementos que mejoran las propiedades de los materiales puros, como la resistencia, la durabilidad y la resistencia a la corrosión. 

• Bronce
• Latón
• Acero Inoxidable

Estas aleaciones se emplean en diseño para crear productos más eficientes y duraderos, mejorando las características de los metales originales, lo que las convierte en esenciales en la vida diaria y en la industria, en especial durante la fabricación de un producto.

EXTRACCIÓN DEL METAL

La extracción del mineral de metales tiene muchos retos por cumplir a futuro como por ejemplo minorar el uso de energía y la adopción de procesos más eficientes, que prioricen las energías limpias, así como el reciclaje. Es una actividad que explica la historia del mundo, porque es una actividad económica que ha permitido el desarrollo de muchos países.  

TAMAÑO DEL GRANO 

Sirve conocerlo para tener un control de tamaño deseado en los tratamientos térmicos. Resulta evidente que dicho tamaño de grano es inversamente proporcional al número de granos presentes en la muestra. El tamaño del grano se refiere a la dimensión y la forma de los cristales individuales que componen un material, especialmente en metales y aleaciones. Cada cristal se llama "grano", y su tamaño puede influir en diversas propiedades del material, como resistencia, dureza y ductilidad. 

RECUPERACION DEL METAL
 La recuperación de metales implica la extracción de metales de productos desechados y residuos industriales. Este proceso puede realizarse a través de métodos mecánicos, hidrometalúrgicos y piros metalúrgicos. 

MADERA

TIPOS DE MADERA NATURAL

Maderas blandas 

Pino: Tiene un color ligeramente amarillo, es la madera más conocida y utilizada debido a su calidad, precio y sobre todo su versatilidad.

Abeto: El abeto se asemeja en características al pino, con la diferencia de que el abeto es menos pesado y tienen menos resistencia 

Cedro: Es una madera ligera y resistente que se utiliza principalmente para forrar muebles y hacer revestimientos. 

Álamo: Se trata de una madera ligera, poco resistente y de tonalidad clara. Sus principales usos son los de triturado para la fabricación de maderas técnicas, chapas y tableros contrachapados, carpintería de interior.

Maderas duras

Roble: El roble es una madera resistente y con buena durabilidad natural. Hay más de 600 especies de roble con colores variados que van desde tonos oscuros hasta la claridad del roble blanco. Es altamente resistente al desgaste. 

Haya: La madera de haya es conocida por tener un color crema pálido, un grano recto y una textura uniforme.

Cerezo: Es una madera que se va oscureciendo con el paso del tiempo hasta alcanzar tonos más rojizos. Sin embargo, es una de las maderas duras más delicadas. 

Maderas tropicales

Teca: Es una de las maderas más valoradas gracias a su belleza, resistencia y durabilidad. El precio de la madera de teca suele ser elevado.

Sapelli: Acepta bien teñidos, colas y barnices, y su contacto con el hierro puede mancharla o decolorarla. 

Ipe: La madera de Ipé es una de las especies más conocidas por los profesionales del sector debido a sus extraordinarias características.

RECUPERACIÓN Y DESECHO DE MADERA

Los usos que se le da a la madera después de su desecho mediante el reciclaje son: fabricación de pasta para hacer papel, para alimentar el fuego, para menaje, ingeniería, construcción y carpintería y para medio de transporte.

Los tres principales destinos para la madera son

Fabricación de tablero aglomerado, que son paneles formados por virutas o partículas encoladas con resinas sintéticas. Es el destino de entre el 80% y el 90% de la madera recuperada. 

Valorización energética con producción de electricidad, como incineración, pirólisis y gasificación por plasma. De estas tecnologías, la incineración es la más desarrollada y cuenta con baja aceptación social. 

Fabricación de compost y usos ganaderos. 

VIDRIO

El vidrio es un sólido que se obtiene al enfriar rápidamente una mezcla de sílice, soda y cal. Fundido a temperaturas muy altas (por encima de los 1700 grados centígrados), el vidrio se ha utilizado y apreciado durante miles de años debido a sus propiedades únicas.

TIPOS DE VIDRIO

Vidrio Templado 

El templado térmico permite obtener una gran resistencia mecánica. Estos vidrios tienen su forma final antes de entrar en el horno de templado, ya que después del templado no se puede realizar ninguna modificación o corte.  

Vidrio Laminado

El vidrio laminado consta de dos o más vidrios simples, que se unen entre sí mediante láminas de plástico (polivinil butiral), que tienen buena adherencia, transparencia, resistencia y elasticidad. 

Vidrio Antirreflejante 

Ambos lados están tratados para lograr la textura de la superficie, reduciendo así el reflejo de la luz sin distorsionar los colores. Al tratar ambos lados se puede usar de la misma manera en un lugar u otro. Suelen utilizarse para la protección de marcos. 

CARACTERÍSTICAS DEL VIDRIO

Transparencia

El vidrio puede ser transparente u opaco. Su transparencia, combinada con sus propiedades físicas, significa que puede usarse en contextos de diseño que requieren que la luz pase a través de él o que la visibilidad del contenido sea importante. 

Resistencia

El vidrio tiene una resistencia a la compresión muy alta, pero una resistencia a la tracción muy baja. Por ello, se utiliza cada vez más en la arquitectura de edificios, debido a su capacidad para soportar grandes pesos. 

Color

El color del vidrio se puede modificar mediante la adición de óxidos metálicos. El color exacto que se produce depende de la cantidad y el tipo de óxido que se añade, así como del calor y del proceso de fabricación 

APLICACIONES DEL VIDRIO

Las aplicaciones del vidrio varían según el área donde será utilizado. Al ser un material transparente, permite la visibilidad de la luz, poseyendo una excelente resistencia la corrosión, pero con puntos débiles como su fragilidad. Todas las características que ofrece el vidrio hacen de este un material versátil y útil para un gran abanico de aplicaciones en sus múltiples formas. 

RECUPERACIÓN Y DESECHO DEL VIDRIO

-Depósito del vidrio en los contenedores. Los ciudadanos y el sector de la hostelería son quienes contribuyen a que el vidrio se recicle al depositar los frascos y las botellas en los contenedores correspondientes.

-Recogida selectiva. Los camiones cargan todo el vidrio depositado en los contenedores para trasladarlo a la planta de tratamiento. 

-Llegada a la planta de tratamiento y limpieza. Los camiones descargan el vidrio usado y, una vez depositados en diferentes cintas, se eliminan impurezas y se procede a la retirada de tapas, tapones, restos de metal o plástico, así como la cerámica y la porcelana 

-Trituración del vidrio. Una vez seleccionado, se lleva a cabo un proceso de trituración donde no es necesario el uso del agua. 

-Eliminación de restos y obtención de la materia prima. El vidrio triturado atraviesa unas máquinas con lectores ópticos que eliminan cualquier resto opaco de otro material, obteniendo como resultado el calcín.  

Reflexión Propia

Los metales y sus aleaciones representan un pilar en el desarrollo industrial gracias a su durabilidad, maleabilidad y conductividad. La capacidad de combinar elementos para mejorar propiedades como la resistencia a la corrosión o al calor es un ejemplo de cómo la ciencia material ha transformado las posibilidades de diseño. Sin embargo, la extracción y procesamiento de metales generan impactos significativos en el medio ambiente, lo que hace imperativo fortalecer los procesos de reciclaje y recuperación. Este equilibrio entre el aprovechamiento de recursos y la sostenibilidad es clave para garantizar un futuro responsable y tecnológicamente avanzado. 

Investigación: Metales y Aleaciones Metálicas

La investigación aborda el uso de materiales clave como metales, aleaciones metálicas, madera y vidrio en el diseño, destacando su importancia en la funcionalidad, estética y sostenibilidad.

Los metales y aleaciones son esenciales por su resistencia, durabilidad y versatilidad. Se explora su extracción, mejora de propiedades físicas mediante aleaciones, y procesos como endurecimiento por deformación y templado. También se analiza su papel en aplicaciones industriales y su reciclaje para reducir impactos ambientales.

Se diferencian maderas blandas, duras y tropicales según sus propiedades y usos. Además, se describen maderas industrializadas como contrachapados y MDF, junto con tratamientos para optimizar su apariencia y durabilidad. Se subraya su reciclaje en diversos sectores.

Este material destaca por su transparencia, resistencia y sostenibilidad. Se presentan sus tipos (templado, laminado, fotovoltaico, entre otros) y aplicaciones en arquitectura, electrónica e industria solar. También se analiza su reciclaje.

Materiales Plásticos y Textiles  

PLÁSTICOS

PROPIEDADES GENERALES 

Ligereza

• Permite la reducción del peso
• sustituyen a piezas metálicas.

Capacidad Aislante

• Térmica y Eléctrica
• Material aislante del calor y del frío
• Protectores de conductores eléctricos.
• No resisten temperaturas muy elevadas.

Resistencia Química

• Permanecen inalterables ante los agentes atmosféricos.
• Se pueden usar a la intemperie o en tuberías o recipientes de sustancias químicas.

Resistencia Mecánica

• Pueden ser duros, resistir a esfuerzos. se usan para carcasas y recipientes.

Versatilidad

• Añadiendo sustancias aditivas se pueden mejorar sus propiedades: transparencia, color, impermeabilidad.

Comportamiento Ecológico

• Se fabrican en su mayor parte con un recurso limitado como el petróleo y tardan cientos de años en degradarse. El problema disminuye si se adoptan procesos de reciclado o se usan plásticos biodegradables.

TIPOS DE PLÁSTICOS

Termoplásticos

Se reblandecen a altas temperaturas y adquieren formas que se conservan al enfriarse volviendo a endurecerse manteniendo sus características iniciales. Este proceso de ablandamiento y endurecimiento puede volverse a repetir cuantas veces se quiera sin que el material modifique su aspecto o sus propiedades. Son polímeros lineales, unidos por fuerzas muy débiles, por eso se funden fácilmente. Reciclables. Son fáciles de trabajar y de bajo costo. 

Termoestables

En su estructura química las cadenas que forman están enredadas y unidas con fuertes enlaces. Por ello son insolubles y no funden. No son reciclables mediante calor. Tienen alta resistencia térmica y química. Poseen gran rigidez. Son difíciles de trabajar y frágiles. Al calentarlos por primera vez el polímero se ablanda y se le puede dar forma bajo presión. Debido al calor comienza una reacción química en la que las moléculas se enlazan permanentemente. Esto se conoce como degradación. Consecuencia: el polímero se hace rígido permanentemente y si se calienta no se ablandará si no que se romperá. 

Elastómeros

En sus estructura química las cadenas se entrecruzan. Esto les da flexibilidad y elasticidad, es decir, son capaces de deformarse y recuperar su forma inicial una vez que se cesa en el esfuerzo. No soportan bien el calor y se degradan fácilmente. No son reciclables mediante calor 

Extursión

1. El material termoplástico se introduce, en forma de gránulos, por el embudo o tolva de alimentación de la extruosa, y cae en un cilindro previamente calentado.
2. El cilindro consta de un husillo o tornillo de grandes dimensiones que desplazan material fundido, forzándolo a pasar por una boquilla de salida que dará forma al producto final. 
3. El material, ya conformado, se enfría lentamente y se solidifican un baño de refrigeración. 

Calandro

Consiste en hacer pasar el material termoplástico entre unos cilindros giratorios con el fin de obtener láminas y planchas. Se puede conseguir superficies con diferentes tipos de acabado.

Aplicaciones: encimeras y muebles de cocina

TEXTILES

Tipos (Materia prima)

Naturales 

• Fibras animales

Suelen ser piel o lana de un animal 

• Fibras vegetales

Estas fibras provienen de fuentes vegetales o animales. 

• Fibras minerales

Fibras producidas por el hombre usando materia inorgánica que se emplean ampliamente como aislantes térmicos y acústicos 

Sintéticas

• Derivados del petróleo
• Es enteramente química
• Son productos hechos por el hombre 

Estas se producen a partir de procesos químicos, generalmente derivados del petróleo. Ejemplo: Nylon y el poliéster. 

Artificiales

• Producción científica
• Combinación 

Algunas fibras, como la viscosa, se producen a partir de celulosa tratada químicamente. 

Propiedades

• Contienen una fibra muy resistente
• Su elasticidad es máxima, otorgando una deformación sin romperse y volviendo a su forma natural
• Contienen altos niveles de absorción de agua en el aire

Fabricación

Aplicación

Sostenibilidad 

Innovación

Son aquellos capaces de modificar sus propiedades en respuesta a estímulos externos, ya sean físicos o químicos. Este comportamiento permite ofrecer beneficios adicionales a sus usuarios al adaptarse a diferentes condiciones

Biotextiles

Se elaboran utilizando microorganismos, lo que los convierte en una alternativa más sostenible, menos contaminante y con un alto potencial de escalabilidad en la producción de biomateriales.  

Reflexión Propia

Los materiales plásticos son fundamentales por su ligereza, resistencia y versatilidad, características que los hacen imprescindibles en innumerables aplicaciones. Sin embargo, su dependencia del petróleo y su lento proceso de degradación plantean desafíos ambientales importantes. Aunque los plásticos biodegradables y los procesos de reciclaje han emergido como soluciones prometedoras, es crucial avanzar hacia una producción más sostenible. Esta reflexión subraya la necesidad de equilibrar la innovación con la responsabilidad ambiental, aprovechando las propiedades únicas de los plásticos mientras minimizamos su impacto negativo en el planeta. 

Materiales Compuestos y Escalas de Producción 

Materiales compuestos y escalas de producción

Son combinaciones de materiales que ofrecen propiedades superiores, como alta resistencia, ligereza o durabilidad.

Ejemplos

• hormigón
• madera contrachapada
• plástico reforzado con carbono.

Ventajas

• personalización
• resistencia a la corrosión
• aislamiento térmico y acústico.

Desventajas

• alto costo
• dificultad en reparaciones
• impacto ambiental.

Procesos de fabricación

Tejido: entrelazado de fibras para textiles.

Pultrusión

Producción continua de perfiles compuestos.

Moldeado y laminado

Procesos para dar forma y unir capas de materiales.

Escalas de producción

La escala determina el volumen de producción y el tipo de procesos utilizados.

Tipos

Producción artesanal

Productos únicos y personalizados, pero costosos y lentos.

Producción por lotes

Más eficiente, ideal para líneas flexibles.

Flujo continuo

Alta producción de bienes estandarizados con maquinaria automatizada.

Adaptación masiva

Producción en masa con personalización limitada.

Producción en masa

Producción a gran escala, rentable pero con impacto ambiental.

Reflexión propia

Procesos de Fabricación y Sistemas de Producción

Naturaleza del diseño

• Se enfoca en optimizar el diseño para los procesos de fabricación existentes (Diseño para la Fabricación, DfM). Esto asegura que los productos sean compatibles con tecnologías como el moldeo por inyección, facilitando su producción.

Avances tecnológicos

• La impresión 3D ha transformado la fabricación, permitiendo que los usuarios produzcan objetos personalizados desde sus hogares. Esto ha democratizado el acceso a herramientas avanzadas.

Técnicas de fabricación

Fabricación aditiva

• Construcción de objetos capa por capa usando materiales como plásticos, metales y resinas, reduciendo desperdicios y tiempos.

Referencias/Presentaciones