EuraStudy
Apuntes/Tecnología e Ingeniería/Materiales y fabricación
Apuntes · Tecnología e IngenieríaES · Selectividad

Materiales y fabricación

Este tema estudia por qué un material se comporta como lo hace —desde su estructura interna y enlaces hasta sus propiedades macroscópicas— y cómo se mide ese comportamiento mediante ensayos normalizados (tracción, dureza, resiliencia, fatiga). A partir de ahí se eligen los procesos de fabricación industrial (conformado, mecanizado, unión y fabricación aditiva, con apoyo de CAD/CAM) y se valora la mejora sostenible de los materiales mediante el ciclo de vida, el reciclaje y la economía circular. Es un bloque plenamente evaluable en la materia de modalidad Tecnología e Ingeniería de 2.º de Bachillerato, donde la interpretación del diagrama tensión-deformación y la selección justificada de materiales y procesos son objetivos recurrentes en la PAU.

5 secciones·~23 min de lectura·2 competencias·Nivel Básico 1 · Estándar 4·Revisado · 07/2026

T·0222 / 11
Perfil de examen
CE-MF-1 · Seleccionar materiales en función de sus propiedades y de los ensayos normalizados, interpretando resultados y diagramas como el de tensión-deformación.CE-MF-2 · Analizar y elegir procesos de fabricación adecuados a cada pieza, valorando su impacto ambiental y la mejora sostenible de los materiales.
Operadores:analizaexplicacalculajustificainterpretarelacionarazonaselecciona

nivel básico

Como contenido común exigible debes dominar la lectura del diagrama tensión-deformación (límite elástico, resistencia a tracción, módulo de Young) y distinguir los grandes procesos de fabricación y la lógica de la economía circular.

nivel avanzado

En la profundización de modalidad se espera que justifiques numéricamente la selección de un material o un proceso combinando varias propiedades y ensayos, y que razones el ciclo de vida completo de una pieza.

Profundidad

Profundidad de lectura: En profundidad

Texto

Tamaño de texto: Estándar

Contenido · 5 secciones▾
  1. Materiales y fabricación
    • 01Estructura interna y clasificación de los materiales○
    • 02Propiedades de los materiales y ensayo de tracción◐
    • 03Ensayos de dureza, resiliencia y fatiga◐
    • 04Técnicas de diseño y fabricación industrial◐
    • 05Mejora sostenible: ciclo de vida y economía circular◐
§ 01

Estructura interna y clasificación de los materiales#

●○○BásicoLPBOE-A-2022-5521 · tecnologia-e-ingenieria · Materiales y fabricación · Estructura interna de los materiales (enlaces, redes cristalinas) y su relación con las propiedades

Puntos clave

Para entender las propiedades de un material hay que mirar primero su escala más íntima: el tipo de enlace que une sus átomos y la forma en que estos se ordenan en el espacio. La regla de oro de la ciencia de materiales —y la idea que vertebra todo este tema— es que « la estructura determina las propiedades »: dos sólidos formados por los mismos átomos pueden ser tan distintos como el grafito blando y el diamante durísimo solo porque su enlace y su red cristalina son diferentes.
Según el enlace predominante distinguimos cuatro familias. El enlace metálico (una « nube » de electrones libres compartida por cationes ordenados) explica que los metales conduzcan bien la electricidad y el calor, sean dúctiles y maleables y presenten brillo característico. El enlace iónico (atracción entre iones de signo opuesto, típico de las cerámicas y muchos compuestos) da materiales duros, frágiles, con alto punto de fusión y aislantes en estado sólido. El enlace covalente (compartición localizada de electrones) origina sólidos muy duros y direccionales como el diamante o los semiconductores. Las fuerzas intermoleculares débiles (Van der Waals, enlaces de hidrógeno) entre largas cadenas explican la ligereza y flexibilidad de los polímeros.
A escala superior, los sólidos pueden ser cristalinos —sus átomos se repiten de forma periódica en una red— o amorfos, sin orden de largo alcance (el vidrio o muchos polímeros). En los metales las celdas elementales más frecuentes son la cúbica centrada en el cuerpo (BCC, como el hierro α), la cúbica centrada en las caras (FCC, como el aluminio o el cobre) y la hexagonal compacta (HCP, como el cinc). El número de planos de deslizamiento de cada red condiciona la ductilidad: las redes FCC, con muchos planos compactos, suelen ser más dúctiles que las HCP (Fig. 1). Los defectos de la red —en especial las dislocaciones— no son una imperfección anecdótica: su movimiento es lo que permite la deformación plástica, y bloquearlo (con aleantes, granos finos o endurecimiento por deformación) es la forma de aumentar la resistencia de un metal.

Celdas cristalinas elementales de los metales (BCC, FCC, HCP)

Celdas cristalinas elementales de los metalesBCCFCC (mas ductil)HCP
Combinando criterios de uso y composición, los materiales de interés tecnológico se clasifican en cinco grandes grupos: metales y aleaciones (férricos como los aceros y fundiciones, y no férricos como el aluminio, el cobre o el titanio); cerámicos y vidrios; polímeros (termoplásticos, termoestables y elastómeros); materiales compuestos o composites (una matriz reforzada con fibras, p. ej. la fibra de carbono); y los materiales semiconductores y de nueva generación. Esta clasificación no es un mero catálogo: anticipa el perfil de propiedades —y por tanto las aplicaciones y los procesos de fabricación viables— de cada familia, que es justo lo que el resto del tema desarrolla.
Ejemplo resuelto

De la estructura a la propiedad

Justifica, a partir de su estructura interna, por qué el acero (aleación de hierro y carbono) es un buen material estructural mientras que un vidrio cerámico se rompe sin avisar pese a ser muy duro.

  1. 01Identifica el enlace y la estructura del acero

    El acero es metálico: cationes de hierro inmersos en una nube de electrones libres, ordenados en una red cristalina (BCC o FCC según la temperatura). Esa nube electrónica permite el movimiento de dislocaciones.

  2. 02Deduce sus propiedades

    El movimiento de dislocaciones permite deformación plástica: el acero es dúctil y tenaz, avisa con deformación antes de romper y conduce bien calor y electricidad.

  3. 03Identifica el enlace y la estructura del vidrio cerámico

    Predominan enlaces iónico-covalentes fuertes y direccionales y, en el vidrio, una estructura amorfa sin planos de deslizamiento; no hay dislocaciones móviles.

  4. 04Deduce sus propiedades

    Sin mecanismo de deformación plástica, la energía se acumula hasta que una grieta se propaga de golpe: el material es muy duro pero frágil y aislante.

Resultado: El acero es dúctil y tenaz por su enlace metálico y sus dislocaciones móviles; el vidrio cerámico es duro pero frágil porque sus enlaces fuertes y su falta de planos de deslizamiento impiden la deformación plástica.

Objetivo Selectividad

  • Relacionar un tipo de enlace o de red cristalina con propiedades concretas (conductividad, ductilidad, fragilidad) y justificar la elección de un material a partir de su estructura.
  • Clasificar correctamente un material dado en su familia (metal férrico/no férrico, cerámico, polímero, composite) y anticipar a grandes rasgos su comportamiento.

Errores frecuentes

  • Confundir « cristalino » con « transparente »: un metal opaco como el cobre es cristalino, mientras que el vidrio, transparente, es amorfo.
  • Atribuir la deformación plástica a la rotura de enlaces átomo a átomo, cuando en realidad se debe al deslizamiento de dislocaciones a través de la red.

Repaso activo

Explica, partiendo del tipo de enlace y de la estructura interna, por qué el cobre es un buen conductor eléctrico y dúctil mientras que una cerámica como la alúmina es aislante y frágil. Indica al menos dos propiedades de cada material y relaciónalas con su enlace.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

§ 02

Propiedades de los materiales y ensayo de tracción#

●●○EstándarLPBOE-A-2022-5521 · tecnologia-e-ingenieria · Materiales y fabricación · Propiedades de los materiales (mecánicas, térmicas, eléctricas, químicas y tecnológicas) y diagrama tensión-deformación (ley de Hooke, módulo de Young)

Puntos clave

Las propiedades de un material describen su respuesta ante los distintos agentes externos y se agrupan en familias: mecánicas (resistencia, dureza, tenacidad, elasticidad, plasticidad, ductilidad, fragilidad), térmicas (dilatación, conductividad, calor específico, punto de fusión), eléctricas y magnéticas (conductividad o resistividad, comportamiento dieléctrico), químicas (resistencia a la corrosión y a la oxidación) y tecnológicas (las que condicionan su fabricación: maquinabilidad, soldabilidad, colabilidad, forjabilidad). De todas ellas, las mecánicas son las protagonistas en la PAU porque se cuantifican con el ensayo de tracción.
El ensayo de tracción somete una probeta normalizada a una fuerza creciente de tracción y registra la fuerza F y el alargamiento. Para que el resultado no dependa de las dimensiones de la probeta, se trabaja con magnitudes específicas: la tensión nominal sigma = F / S0 (fuerza dividida por la sección inicial) y la deformación unitaria epsilon = (L − L0) / L0 (alargamiento relativo, adimensional). Representando sigma frente a epsilon se obtiene el diagrama tensión-deformación, la huella dactilar mecánica del material (Fig. 2).

Curva tensión–deformación de un material dúctil

Curva tensión–deformación de un material dúctil (ensayo de tracción)Gráfica, raíces en x = 0, ordenada en el origen y = 0, creciente, en el intervalo x de 0 a 2, Gráfica, creciente, en el intervalo x de 2 a 7, Gráfica, decreciente, en el intervalo x de 7 a 112468101224681012Límite elásticoRm (resistencia)Roturatensión σ = F/S₀deformación ε
Fig. 2Ensayo de tracción: zona elástica lineal (ley de Hooke) hasta el límite elástico, zona plástica con endurecimiento hasta la resistencia máxima (Rm) y estricción descendente hasta la rotura.
En la zona elástica inicial la relación es lineal: se cumple la ley de Hooke, sigma = E · epsilon, donde la pendiente E es el módulo de Young o módulo de elasticidad, una medida de la rigidez del material (acero ≈ 210 GPa; aluminio ≈ 70 GPa). Si se retira la carga en esta zona, la probeta recupera su longitud. El final de la zona elástica es el límite elástico sigma_e: superado, aparece deformación plástica permanente. La curva alcanza un máximo en la resistencia a la tracción sigma_R (la tensión máxima que soporta el material), tras el cual aparece la estricción (un estrechamiento localizado) y la probeta acaba rompiendo en el punto de rotura.
Del diagrama se leen además dos rasgos cualitativos clave. La tenacidad es la energía que el material absorbe hasta romper y se corresponde con el área total bajo la curva: un material tenaz combina resistencia y deformación. La ductilidad mide cuánto se deforma plásticamente antes de romper (un material dúctil como el acero recocido tiene una curva larga; uno frágil como una fundición o una cerámica rompe casi sin zona plástica). Para los materiales que no presentan un límite elástico claro se define el límite elástico convencional al 0,2 %, trazando una paralela a la recta de Hooke desde epsilon = 0,002.
σ=FS0\sigma = \dfrac{F}{S_0}σ=S0​F​

Tensión nominal

Fuerza aplicada dividida entre la sección inicial de la probeta. En el SI se mide en pascales (Pa); en la práctica suele usarse el megapascal: 1 MPa = 1 N/mm^2.

ε=L−L0L0=ΔLL0\varepsilon = \dfrac{L - L_0}{L_0} = \dfrac{\Delta L}{L_0}ε=L0​L−L0​​=L0​ΔL​

Deformación unitaria

Alargamiento relativo respecto de la longitud inicial. Es adimensional (a menudo se expresa en %).

σ=E⋅ε⇒E=σε\sigma = E \cdot \varepsilon \quad\Rightarrow\quad E = \dfrac{\sigma}{\varepsilon}σ=E⋅ε⇒E=εσ​

Ley de Hooke y módulo de Young

En la zona elástica la tensión es proporcional a la deformación; la constante de proporcionalidad E (pendiente de la recta) es el módulo de Young y mide la rigidez.

Ejemplo resuelto

Cálculo del límite elástico y del módulo de Young

Una probeta cilíndrica de acero de 10 mm de diámetro y 50 mm de longitud inicial entra en fluencia con una fuerza de 33 kN, alargándose 0,100 mm en ese instante. Calcula el límite elástico (MPa) y estima el módulo de Young (GPa).

  1. 01Calcula la sección inicial

    S0 = pi · r^2 = pi · (5 mm)^2 = 78,54 mm^2.

  2. 02Calcula el límite elástico

    sigma_e = F / S0 = 33000 N / 78,54 mm^2 = 420,2 N/mm^2.

  3. 03Calcula la deformación unitaria

    epsilon = ΔL / L0 = 0,100 mm / 50 mm = 0,00200.

  4. 04Estima el módulo de Young

    E = sigma_e / epsilon = 420,2 MPa / 0,00200 = 210100 MPa ≈ 210 GPa, el valor típico del acero.

Resultado: Límite elástico sigma_e ≈ 420 MPa y módulo de Young E ≈ 210 GPa, coherente con un acero.

Objetivo Selectividad

  • Calcular tensión, deformación y módulo de Young a partir de datos de fuerza, sección y alargamiento, cuidando las unidades (sigma en MPa o GPa; epsilon adimensional).
  • Identificar y nombrar sobre el diagrama tensión-deformación el límite elástico, la resistencia a tracción, la zona elástica y plástica, la estricción y el punto de rotura, y deducir de la curva la ductilidad y la tenacidad.

Errores frecuentes

  • Confundir el límite elástico (fin del comportamiento reversible) con la resistencia a tracción (tensión máxima del material, ya en plena zona plástica).
  • Usar la sección o la longitud equivocada: la tensión nominal se calcula con la sección inicial S0 y la deformación con la longitud inicial L0, no con las finales.

Repaso activo

Una probeta cilíndrica de acero de 10 mm de diámetro y 50 mm de longitud inicial entra en fluencia (límite elástico) con una fuerza de 33 kN y se alarga 0,100 mm justo antes de ese punto. Calcula el límite elástico sigma_e (en MPa) y estima el módulo de Young E (en GPa) suponiendo comportamiento elástico hasta ese punto.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

§ 03

Ensayos de dureza, resiliencia y fatiga#

●●○EstándarLPBOE-A-2022-5521 · tecnologia-e-ingenieria · Materiales y fabricación · Ensayos de materiales: dureza (Brinell, Vickers, Rockwell), resiliencia (Charpy) y fatiga

Puntos clave

Más allá de la tracción, la caracterización de un material exige otros ensayos normalizados que miden propiedades distintas. La dureza mide la resistencia que opone la superficie a ser penetrada o rayada; la resiliencia mide la energía que absorbe ante un impacto brusco; y el ensayo de fatiga estudia cómo resiste el material cargas variables y repetidas en el tiempo. Cada ensayo aporta un dato que la curva tensión-deformación, por sí sola, no da (Fig. 3).

Comparativa de los ensayos de dureza por penetración

Ensayos de dureza por penetraciónTabla con 4 columnas y 3 filas, Datos: Ensayo · Penetrador · Magnitud medida · Uso típico; Brinell · bola de acero/carburo · diámetro de la huella · materiales blandos; Vickers · pirámide de diamante · diagonal d de la huella · muy duros y finos; Rockwell · cono o bola · profundidad de penetración · rápido, uso industrialENSAYOPENETRADORMAGNITUD MEDIDAUSO TÍPICOBRINELLbola de acero/carburodiámetro de la huellamateriales blandosVICKERSpirámide de diamantediagonal d de la huellamuy duros y finosROCKWELLcono o bolaprofundidad de penetraciónrápido, uso industrial
Los ensayos de dureza por penetración miden la huella que deja un penetrador bajo una carga. En el ensayo Brinell el penetrador es una bola de acero o carburo y el índice HB se obtiene dividiendo la carga F entre el área del casquete esférico de la huella; es adecuado para materiales blandos y de grano grueso. El ensayo Vickers usa un penetrador piramidal de diamante de base cuadrada y mide la diagonal d de la huella (HV = 1,854 · F / d^2 con F en kgf); su escala es continua y vale para materiales muy duros y láminas finas. El ensayo Rockwell mide directamente la profundidad de penetración (no un área), es rápido y se usa mucho en control industrial, con varias escalas (HRC para acero templado con cono de diamante, HRB para materiales más blandos con bola).
El ensayo de resiliencia de Charpy mide la tenacidad al impacto: una probeta entallada se rompe de un golpe con un péndulo que cae desde una altura h1 y se eleva hasta h2; la energía absorbida en la rotura es la diferencia de energías potenciales, E = m · g · (h1 − h2). La resiliencia es esa energía dividida por la sección de la entalla. Es muy sensible a la temperatura: muchos aceros pasan de tenaces (rotura dúctil) a frágiles (rotura súbita) al bajar la temperatura —la temperatura de transición dúctil-frágil—, un fenómeno con consecuencias históricas en estructuras y barcos.
El ensayo de fatiga reproduce las cargas cíclicas reales (un eje que gira, un ala de avión). Su resultado es la curva de Wöhler o curva S-N, que representa la tensión aplicada S frente al número de ciclos N que el material resiste hasta romper (en escala logarítmica). La idea central es que un material puede romper a una tensión muy inferior a su resistencia estática si esa tensión se repite millones de veces. Para los aceros existe un límite de fatiga: por debajo de cierta tensión la pieza resiste un número « infinito » de ciclos; muchos materiales no férricos, como el aluminio, carecen de ese límite y siempre acaban fallando.
HB=2FπD(D−D2−d2)HB = \dfrac{2F}{\pi D \left(D - \sqrt{D^2 - d^2}\right)}HB=πD(D−D2−d2​)2F​

Dureza Brinell

Carga F dividida por el área del casquete esférico de la huella; D es el diámetro de la bola y d el diámetro de la huella.

HV=1,854⋅Fd2HV = 1{,}854 \cdot \dfrac{F}{d^2}HV=1,854⋅d2F​

Dureza Vickers

F en kilogramos-fuerza y d en milímetros (diagonal media de la huella piramidal). Cuanto mayor es HV, más duro es el material.

Eabs=m g (h1−h2)E_{\text{abs}} = m\,g\,(h_1 - h_2)Eabs​=mg(h1​−h2​)

Energía absorbida (Charpy)

Diferencia entre la energía potencial inicial del péndulo (altura h1) y la final (altura h2): la energía que la probeta absorbió al romperse.

Ejemplo resuelto

Energía absorbida en un ensayo Charpy

Un péndulo Charpy de 20 kg se suelta desde 1,60 m y, tras romper la probeta, se eleva hasta 1,05 m. Calcula la energía absorbida (g = 9,8 m/s^2) y comenta el comportamiento del material.

  1. 01Plantea la energía absorbida

    Es la pérdida de energía potencial del péndulo: E = m·g·(h1 − h2).

  2. 02Sustituye los datos

    E = 20 · 9,8 · (1,60 − 1,05) = 20 · 9,8 · 0,55.

  3. 03Calcula el resultado

    E = 20 · 9,8 · 0,55 = 107,8 J.

  4. 04Interpreta

    Una energía absorbida elevada (más de 100 J) indica que el material es tenaz: ha absorbido mucha energía antes de romper, propio de una rotura dúctil.

Resultado: La probeta absorbió 107,8 J; el valor alto indica un comportamiento tenaz (rotura dúctil).

Objetivo Selectividad

  • Distinguir qué mide cada ensayo (dureza = penetración superficial; resiliencia = energía de impacto; fatiga = vida bajo carga cíclica) y elegir el ensayo adecuado para una propiedad solicitada.
  • Calcular la energía absorbida en un ensayo Charpy a partir de las alturas del péndulo (E = m·g·(h1 − h2)) e interpretar una curva de Wöhler para deducir la vida o el límite de fatiga.

Errores frecuentes

  • Mezclar las escalas de dureza: Rockwell mide profundidad, mientras que Brinell y Vickers miden el tamaño (área o diagonal) de la huella.
  • Olvidar que en Charpy la energía absorbida es la diferencia de alturas del péndulo (h1 − h2), no la altura de caída inicial sola.

Repaso activo

En un ensayo Charpy, el péndulo tiene una masa de 20 kg, se suelta desde una altura de 1,60 m y, tras romper la probeta, alcanza una altura de 1,05 m. Calcula la energía absorbida por la probeta en la rotura (toma g = 9,8 m/s^2) y comenta si el material se comporta de forma tenaz o frágil.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)

§ 04

Técnicas de diseño y fabricación industrial#

●●○EstándarLPBOE-A-2022-5521 · tecnologia-e-ingenieria · Materiales y fabricación · Técnicas de diseño y de fabricación industrial: conformado, mecanizado, unión y fabricación aditiva (impresión 3D), CAD/CAM

Puntos clave

Una vez seleccionado el material, hay que darle forma. Los procesos de fabricación industrial se agrupan según cómo modifican el material de partida en cuatro grandes familias —conformado, mecanizado, unión y fabricación aditiva—, hoy integradas en una cadena digital que va del diseño asistido por ordenador (CAD) a la fabricación asistida por ordenador (CAM) (Fig. 4). La elección del proceso no es libre: depende del material, de la geometría y precisión exigidas, del número de piezas y del coste.

Flujo de fabricación digital: del CAD a la pieza

Flujo de fabricación digitalGrafo, CAD (modelo 3D) → CAM (trayectorias), CAM (trayectorias) → Control CNC, Control CNC → Mecanizado (viruta), Control CNC → Aditiva (por capas)CAD (modelo 3D)CAM(trayectorias)Control CNCMecanizado(viruta)Aditiva (porcapas)
El conformado da forma sin arrancar material, aprovechando su plasticidad o su estado líquido. Incluye el moldeo o fundición (verter metal fundido en un molde: piezas complejas como bloques de motor), el forjado y la estampación (deformar en caliente o frío por presión o golpe, mejorando la estructura del grano), la laminación (reducir espesor entre rodillos: chapas y perfiles), la extrusión (empujar el material a través de una matriz: perfiles de aluminio) y, para polímeros, la inyección y el soplado. Es muy eficiente en serie porque genera poco desperdicio.
El mecanizado obtiene la forma final arrancando material en forma de viruta con una herramienta de corte: torneado (pieza que gira), fresado (herramienta que gira sobre pieza fija), taladrado, rectificado. Da gran precisión y buen acabado, pero genera residuo (la viruta) y es más lento. Frente a él, los procesos de unión ensamblan piezas: fijos o permanentes (soldadura, remachado, pegado con adhesivos) y desmontables (uniones atornilladas o roscadas). La soldadura, que funde los bordes de las piezas para fusionarlas, es la unión permanente más importante en construcción metálica.
La fabricación aditiva o impresión 3D invierte la lógica del mecanizado: en lugar de quitar material, lo añade capa a capa a partir de un modelo digital (técnicas como FDM por deposición de filamento fundido, SLA por fotopolimerización o SLS por sinterizado de polvo). Permite geometrías imposibles por otros medios, prototipado rápido y fabricación personalizada con poco desperdicio, aunque suele ser lenta para grandes series. Todo el flujo se gobierna desde el ordenador: el diseñador modela la pieza en CAD, el programa CAM traduce ese modelo en las trayectorias de la máquina, y un control numérico por computador (CNC) ejecuta el mecanizado o la impresión, garantizando repetibilidad y precisión.
Ejemplo resuelto

Selección de proceso de fabricación

Justifica el proceso de fabricación más adecuado para: (a) 50 000 carcasas de plástico idénticas; (b) 3 prototipos de una pieza metálica de geometría muy compleja.

  1. 01Analiza el caso (a): muchas piezas iguales de plástico

    Para una serie muy grande de un termoplástico interesa amortizar un molde caro entre muchas piezas y producir muy rápido con poco desperdicio.

  2. 02Elige el proceso (a)

    Moldeo por inyección: tras fabricar el molde, cada carcasa sale en segundos; el coste unitario se desploma con la cantidad. Es conformado, no mecanizado.

  3. 03Analiza el caso (b): pocas piezas, geometría compleja

    Tres unidades no amortizan un molde ni utillaje, y la geometría compleja sería difícil de mecanizar; se prioriza libertad de forma y rapidez de prototipo.

  4. 04Elige el proceso (b)

    Fabricación aditiva (impresión 3D metálica, p. ej. SLS/SLM): permite geometrías imposibles por otros medios, sin utillaje, ideal para prototipos en cantidades pequeñas.

Resultado: (a) Moldeo por inyección (serie grande, bajo coste unitario); (b) fabricación aditiva / impresión 3D (pocas piezas, geometría compleja, sin utillaje).

Objetivo Selectividad

  • Clasificar un proceso de fabricación en su familia (conformado, mecanizado, unión, aditiva) y justificar su elección en función del material, la geometría y el número de piezas.
  • Explicar el flujo CAD-CAM-CNC y comparar la fabricación aditiva con el mecanizado en cuanto a desperdicio, precisión, libertad geométrica y velocidad de producción.

Errores frecuentes

  • Llamar « mecanizado » a cualquier proceso de fabricación: el mecanizado arranca viruta; el conformado da forma sin arrancar material y la aditiva añade material.
  • Creer que la impresión 3D siempre es la opción más barata o rápida: para grandes series, el moldeo o la inyección son mucho más eficientes.

Repaso activo

Una empresa debe fabricar 50 000 carcasas idénticas de plástico para un electrodoméstico y, además, 3 prototipos de una pieza metálica de geometría muy compleja para una válvula. Indica y justifica qué proceso de fabricación elegirías en cada caso, razonando a partir del número de piezas, la geometría y el coste.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

§ 05

Mejora sostenible: ciclo de vida y economía circular#

●●○EstándarLPBOE-A-2022-5521 · tecnologia-e-ingenieria · Materiales y fabricación · Mejora sostenible de materiales: reciclaje, ciclo de vida, ecodiseño y economía circular

Puntos clave

La selección de un material y de su proceso de fabricación ya no se juzga solo por prestaciones y coste, sino también por su impacto ambiental a lo largo de toda su vida. La herramienta para evaluarlo es el análisis del ciclo de vida (ACV): se contabilizan los consumos de energía y materias primas y las emisiones desde la extracción de la materia prima, pasando por la fabricación, la distribución y el uso, hasta el fin de vida del producto. Es el enfoque « de la cuna a la tumba » —y, en su versión deseable, « de la cuna a la cuna ».
El modelo tradicional es la economía lineal: extraer, fabricar, usar y tirar. Frente a él, la economía circular busca mantener los materiales en uso el mayor tiempo posible cerrando el ciclo, según la jerarquía de las « erres »: reducir (consumir menos materia y energía), reutilizar (volver a usar el producto), reparar, y reciclar (recuperar el material para fabricar productos nuevos). La diferencia clave es que en la economía circular el residuo de un proceso se convierte en recurso de otro, en lugar de acabar como desecho (Fig. 5).

Economía lineal frente a economía circular

Economía lineal frente a economía circularfigura de varios paneles, 2 paneles, Datos: a) Economía lineal — Grafo, 4 nodos, 3 aristas; b) Economía circular — Grafo, 4 nodos, 4 aristasEconomía lineal frente a economía circularExtraerFabricarUsarTirara) Economía linealFabricarUsarReutilizarReciclarcierre delciclob) Economía circular
El ecodiseño aplica estos principios desde la fase de diseño, que es donde se decide la mayor parte del impacto ambiental futuro de un producto. Sus criterios típicos son: elegir materiales reciclados o reciclables y de bajo impacto, reducir la cantidad de material (aligerar), diseñar para la durabilidad y la fácil reparación, facilitar el desmontaje y la separación de materiales al final de la vida, y minimizar el consumo energético en el uso. Un buen ecodiseño puede ahorrar más recursos que cualquier mejora posterior del proceso de fabricación.
El reciclaje cierra materialmente el ciclo, pero su eficacia depende del material: los metales como el aluminio o el acero se reciclan indefinidamente sin perder propiedades y con un enorme ahorro energético (reciclar aluminio consume del orden del 5 % de la energía de producirlo a partir del mineral). Los polímeros termoplásticos pueden refundirse, pero los termoestables y los composites son muy difíciles de reciclar. Esta valoración de la mejora sostenible conecta directamente con la segunda competencia del tema: elegir el proceso y el material no solo por sus prestaciones, sino por su comportamiento ambiental a lo largo de todo el ciclo.
Ejemplo resuelto

Ecodiseño de una botella de bebida

Una botella actual es de un plástico no reciclable y de un solo uso. Propón tres medidas de ecodiseño/economía circular y asígnale a cada una la « erre » correspondiente.

  1. 01Reducir

    Aligerar la botella usando menos material (paredes más finas, menos peso): se consume menos materia prima y menos energía. Corresponde a REDUCIR.

  2. 02Reutilizar

    Rediseñarla como envase retornable y rellenable, con un sistema de depósito: la misma botella sirve muchas veces. Corresponde a REUTILIZAR.

  3. 03Reciclar

    Cambiar el material a un termoplástico monomaterial reciclable (p. ej. PET) y facilitar la separación del tapón y la etiqueta para que pueda reciclarse. Corresponde a RECICLAR.

  4. 04Valora el conjunto

    Las medidas se aplican en orden de prioridad: primero evitar el residuo (reducir, reutilizar) y solo después recuperar el material (reciclar). El ecodiseño actúa desde el diseño, donde el impacto futuro es mayor.

Resultado: Tres medidas jerarquizadas: aligerar (reducir), envase retornable (reutilizar) y cambio a un monomaterial reciclable con desmontaje fácil (reciclar).

Objetivo Selectividad

  • Explicar las fases del análisis del ciclo de vida y contrastar la economía lineal con la circular aplicando la jerarquía de las « erres » a un producto concreto.
  • Proponer y justificar mejoras de ecodiseño en una pieza o producto, y valorar la reciclabilidad relativa de metales, termoplásticos, termoestables y composites.

Errores frecuentes

  • Reducir la economía circular al reciclaje: reciclar es la última « erre »; reducir y reutilizar tienen prioridad porque evitan el residuo antes de generarlo.
  • Suponer que todos los plásticos se reciclan igual: los termoestables y los composites son muy difíciles de reciclar, a diferencia de los termoplásticos.

Repaso activo

Una marca rediseña una botella de bebida que actualmente es de un plástico no reciclable y de un solo uso. Propón al menos tres medidas concretas de ecodiseño y de economía circular para reducir su impacto ambiental, justificando cada una con la « erre » de la jerarquía a la que corresponde.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)

Contenido

Sección -- / 05

    • 01Estructura interna y clasificación de los materiales○
    • 02Propiedades de los materiales y ensayo de tracción◐
    • 03Ensayos de dureza, resiliencia y fatiga◐
    • 04Técnicas de diseño y fabricación industrial◐
    • 05Mejora sostenible: ciclo de vida y economía circular◐

0/5 Leídos

De los apuntes a la práctica

Materiales y fabricación

Refuerza este tema con preguntas de la base de preguntas.

~23
min
2
Competencias
Practicar

Referencias y fuentes

Fuentes

Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)

  • Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II)

Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob

  • Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos

Tema anterior

Proyectos de investigación y desarrollo

Tema siguiente

Sistemas mecánicos y máquinas térmicas

EuraStudy·Apuntes T·02·MMXXVI

Continúa con el tema siguiente: el itinerario se conserva.