Ejercicios: Nuevos materiales y sostenibilidad

Explica qué es un material inteligente y pon un ejemplo de uno que se use en un producto cotidiano, indicando a qué estímulo reacciona (temperatura, luz, electricidad...).

Al seleccionar un material para un producto hay que valorar varios criterios a la vez. Nombra y explica tres criterios de selección (por ejemplo: propiedades mecánicas, coste, impacto ambiental, disponibilidad, aspecto...).

La imagen muestra cuatro muestras numeradas de materiales técnicos representativos de las cuatro familias estudiadas.

Observa su aspecto (brillo, textura, estructura interna visible) y asigna a cada número su familia de materiales, justificando cada asignación con una pista visual.

Explica qué es un bioplástico, de qué materias primas puede obtenerse (maíz, caña de azúcar, residuos vegetales) y un producto cotidiano donde ya se use.

Explica qué es un material con memoria de forma y describe cómo se aprovecha en una aplicación conocida (monturas de gafas que recuperan su forma, stents médicos que se expanden con el calor del cuerpo).

¿Qué es el grafeno? Descríbelo en dos frases (una lámina de carbono de un átomo de grosor) y nombra una propiedad suya extraordinaria que interesa a la tecnología.

Nombra y explica tres criterios de sostenibilidad que deberías revisar antes de elegir un material (origen renovable o reciclado, reciclabilidad, huella de carbono de su producción, toxicidad...).

Explica en dos frases qué es un análisis de ciclo de vida (ACV) de un producto y para qué lo usan los diseñadores cuando comparan dos materiales candidatos.

Explica qué diferencia hay entre un bioplástico y un plástico convencional en cuanto a origen y a comportamiento al final de su vida útil, y comenta por qué «bioplástico» no siempre significa «biodegradable».

Observa de nuevo las cuatro muestras numeradas de la imagen.

Indica qué muestra elegirías para fabricar (a) el ala ligera y resistente de un dron, (b) un recipiente que soporta el calor del horno y (c) una carcasa barata y moldeable de mando a distancia, razonando cada elección con las propiedades de la familia correspondiente.

Una empresa de mochilas compara dos tejidos candidatos según tres criterios puntuados de 0 a 10, como se muestra en la figura.

Lee las puntuaciones de cada tejido en los tres criterios y explica qué tejido elegirías para una mochila escolar y cuál para una mochila de montaña, justificando cada decisión con los datos del gráfico.

El aerogel es uno de los mejores aislantes térmicos conocidos y apenas pesa. Explica por qué no se usa hoy de forma masiva en la construcción de viviendas (coste, fragilidad, producción limitada) y en qué aplicaciones especiales sí compensa su precio (aeroespacial, tuberías críticas).

Compara la fibra de carbono y la fibra de vidrio como refuerzos de materiales compuestos: prestaciones mecánicas, peso, coste y una aplicación típica de cada una donde su elección está clara (competición frente a uso general).

Explica qué es un material autorreparable (autocurable), cómo funciona básicamente (microcápsulas con agente reparador, redes internas que se reordenan) y describe dos aplicaciones donde ahorraría mantenimiento (carrocerías, pantallas, tuberías).

Para el chasis de un dron de carreras (masa mínima, choques frecuentes, presupuesto medio) dudas entre ABS impreso en 3D, fibra de carbono y aluminio. Analiza cada opción (peso, resistencia al impacto, reparabilidad, coste) y justifica tu elección final.

Un implante dental debe convivir con el cuerpo durante décadas. Enumera los requisitos del material (biocompatibilidad, resistencia mecánica y a la fatiga, no degradarse ni soltar sustancias) y explica por qué el titanio o ciertas cerámicas son la elección habitual frente al acero común.

Para un envase de alimentos, el material más barato no es el más sostenible y el más sostenible encarece el producto. Propón un método de decisión multicriterio (criterios, ponderación y puntuación) que permita elegir de forma justificada, y aplícalo a dos materiales reales que tú elijas.

Imagina que necesitas un material que todavía no existe para una funda de móvil que se repare sola al rayarse. Redacta una breve especificación: propiedades que debe cumplir, cómo comprobarías cada una y qué criterios de sostenibilidad exigirías en su fabricación.

La obsolescencia programada consiste en diseñar productos con una vida útil limitada para vender más. Analiza su impacto ambiental y económico, relaciónalo con la selección de materiales y propón dos medidas de diseño que alargarían la vida de un pequeño electrodoméstico.

Para la carcasa de un portátil se valoran tres materiales con estos criterios ponderados: peso (40 %), coste (30 %) y reciclabilidad (30 %). Las puntuaciones (0-10) son: aluminio (peso 6, coste 5, reciclabilidad 9), magnesio (9, 3, 6) y ABS (7, 8, 3). (a) Calcula la puntuación ponderada de cada material y decide cuál elegirías con los números en la mano. (b) Analiza cómo cambia la decisión si el coste pasa a ponderar el 50 %, y comenta qué enseña esto sobre las matrices de decisión.

Un envase se anuncia como «plástico 100 % biodegradable». Analiza qué condiciones reales necesita ese material para degradarse (temperatura, humedad, instalaciones de compostaje industrial), qué puede ocurrir si acaba en el mar o en un vertedero convencional y qué tres preguntas harías al fabricante antes de creerte la etiqueta.

Los nanomateriales (con estructura controlada a escala nanométrica) prometen propiedades extraordinarias, pero su regulación es reciente. Analiza beneficios posibles (pantallas, medicina, recubrimientos) y precauciones razonables (salud de quienes los fabrican, persistencia en el ambiente) y concluye con tu posición sobre su uso en productos de consumo.

Quieres especificar el material de un protector de pantalla «irrompible». Redacta la especificación: cuatro propiedades con su forma de medirlas o ensayarlas (dureza frente a arañazos, resistencia a impacto, transparencia, adherencia a la pantalla) y un criterio de aceptación para cada propiedad.

En la economía circular, el fabricante puede ser legalmente responsable de recoger su producto al final de su vida. Analiza cómo cambia la selección de materiales de un electrodoméstico con esa responsabilidad (materiales únicos frente a mezclas, tornillos frente a pegamentos, marcado de plásticos para separarlos) y pon un ejemplo de decisión concreta que cambiaría.