Seleccionar por propiedades
Principio (guía)
Los materiales se seleccionan para aplicaciones específicas en función de sus propiedades (físicas, químicas y mecánicas).
Véase A3.1 Clasificación y propiedades de los materiales (la definición completa está en la página de A3.1; el examen puede pedirla literalmente). Se preguntan: peso, conductividad térmica y eléctrica, temperatura de fusión, dilatación.
Véase A3.1 Clasificación y propiedades de los materiales. Se preguntan: corrosión, seguridad con alimentos, absorción de humedad, inflamabilidad.
Véase A3.1 Clasificación y propiedades de los materiales. Se preguntan: resistencia a tracción y compresión; rigidez, dureza, tenacidad, ductilidad, elasticidad.
- Crucial porque afecta a funcionalidad, estética, coste, fabricabilidad e impacto ambiental: garantiza que el producto funcione como se pretende, cumpla los requisitos y sea comercialmente viable.
- Proceso: 1. Definir propiedades necesarias → 2. Cribar candidatos (Ashby, bases de datos) → 3. Comparar y descartar → 4. Ensayar y prototipar → 5. Justificar con investigación.
- Examen: el paso inicial es definir las propiedades deseadas (a partir del uso previsto y las condiciones concretas), no diseñar el producto, preparar un gráfico de Ashby ni elegir el método de producción.
- Requisitos a considerar: resistencia, rigidez, resistencia a la degradación ambiental, comportamiento ante temperaturas extremas, resistencia al impacto y a la abrasión; además tolerancia a UV, conductividad térmica, resistencia a la corrosión, durabilidad, coste e impacto ambiental.
- Condicionantes: proceso de fabricación (unos materiales son más fáciles de mecanizar, moldear o soldar; valorar coste y viabilidad del método); impacto ambiental en todo el ciclo de vida (producción a eliminación); casi siempre hay que asumir compromisos (ningún material gana en todo).
- Gráficos de Ashby (Michael Ashby, Cambridge, años 90): herramienta gráfica para visualizar y comparar propiedades de materiales; escala logarítmica (permite comparar en un gráfico una espuma y un acero) frente a índices de rendimiento como resistencia frente a densidad.
- Sirven para: recuperar propiedades típicas, compararlas, seleccionar material y proceso en la fase de diseño, hacer estudios de sustitución, revelar compromisos (p. ej. mucha resistencia y mucha densidad) y, con líneas de diseño (rendimiento constante), cribar rápidamente los que cumplen el criterio.
- Gráficos típicos: resistencia vs temperatura máxima de servicio (acota candidatos en caliente; muestra la limitación de los polímeros frente a aceros y aleaciones de titanio y níquel) · potencial vs densidad de corriente de corrosión (tendencia vs velocidad de corrosión; preferir densidad de corriente baja y potencial más noble) · resistencia vs energía de producción por m³ (más resistencia por energía invertida: mejores arriba a la izquierda).
- Índice de rendimiento: combina varias propiedades en un solo valor para ordenar materiales. Habituales: resistencia específica (σy / ρ), rigidez específica (E / ρ), tenacidad a fractura; vale cualquier relación pertinente, incluso dividida por el coste (p. ej. conductividad térmica por euro).
- Herramientas informáticas: Ansys Granta EduPack, Cambridge Engineering Selector (CES), bases MatWeb, Matmatch, MakeItFrom; los paquetes profesionales de CAD incorporan tablas equivalentes.
- Aleaciones ferrosas: acero dulce (0,1–0,3 % C) tenaz, dúctil, barato, ingeniería general, se oxida · acero inoxidable (Cr y Ni) si manda la resistencia a la corrosión · hierro fundido (2–6 % C) muy resistente a compresión pero frágil: no para piezas sometidas a impacto.
- No ferrosas: aluminio (baja densidad, capa de óxido autoprotectora) · cobre (conductividad) · latón (mecanizabilidad y aspecto).
- Madera natural: resistencia a tracción mayor a lo largo de la veta que a través (orientar las piezas). Duras (roble, haya, arce, olmo, eucalipto): muy durables, suelos y muebles. Blandas (pino, cedro, ciprés): más baratas, estructuras de pared y cubierta.
- Maderas artificiales: contrachapado: resistencia alta en todas direcciones y, en versión exterior, excelente resistencia a la humedad. MDF y aglomerado: resistencia baja y muy poca tolerancia a la humedad; no para exteriores ni elementos portantes.
Seleccionar por estética
Principio (guía)
Los materiales se seleccionan para aplicaciones específicas en función de sus características estéticas: textura, forma y color, que también pueden realzarse a través de diversas técnicas de acabado.
La textura de un material se refiere a las características de su superficie, su tacto y su aspecto.
Véase A4.1 Técnicas de fabricación (contenido de solo Nivel Superior; en NM basta saber que el acabado es una técnica de fabricación que modifica textura, color y brillo, y además protege la superficie).
- Estética = apariencia, textura e interacción del material con la luz. Da atractivo emocional, influye en cómo el usuario percibe y experimenta el producto y permite diferenciarlo de un competidor con la misma funcionalidad y usabilidad.
- Pirámide de requisitos (Donald Norman, Emotional Design, 2004): Visceral (funcionalidad) → Conductual (usabilidad) → Reflexivo (placer). La estética actúa sobre todo en el nivel reflexivo: crea deseabilidad y satisfacción.
- Textura: lisa, rugosa, mate, satinada, granulada. Realce: madera (veta natural); metales (pulido, cepillado, grabado, chorreado con arena, pintura, recubrimiento en polvo); plásticos y vidrio (moldes texturizados); textiles (textura inherente).
- Forma: geometría y silueta que permite el material (unos admiten curvas complejas, otros no). Realce: contrachapado laminado y curvado (curvas continuas); chapa metálica embutida; polímero inyectado (formas casi libres).
- Color: propio o aplicado; incluye transparencia y comportamiento frente a la luz. Realce: madera teñida o barnizada (color y protección); metales pintados o con recubrimiento en polvo; textiles teñidos o estampados; polímeros pigmentados en masa.
- La técnica de acabado depende de: tipo de material, estética deseada, durabilidad requerida y coste. Acabado protector: protege de la intemperie, la pudrición, insectos y hongos (madera); aumenta durabilidad y resistencia química (p. ej. creosota contra xilófagos, pero limita el reciclado).
- Maderas: naturales con gran gama de colores y vetas visibles; MDF y aglomerado necesitan acabado (pintura, laminado o chapa noble); contrachapado con chapa vista tiene buena presencia por sí mismo.
- Personalidad (carácter) de producto (Ashby y Johnson, 2003): creada por los acabados; incluye la estética y las asociaciones y percepciones que genera:
- Estética: color y transparencia, forma, tacto y textura, gusto y olor, sonido.
- Asociaciones: riqueza, material militar, aeroespacial, plantas y animales, juguetes infantiles.
- Percepciones: juvenil–maduro, caro–barato, lúdico–serio; «si fuese mío, ¿me sentiría orgulloso o decepcionado? ¿satisfecho o insatisfecho?».
- Congruencia con la imagen de uno mismo: si la personalidad del diseño encaja con la percepción que el consumidor tiene de sí mismo, aumenta el apego (por eso el marketing asocia el producto a estilos de vida aspiracionales: sofisticación, deporte, viaje, autosuficiencia, ocio). El respaldo de una celebridad no cambia la estética: crea asociaciones y percepciones. Un producto con apego se conserva más tiempo (argumento de sostenibilidad).
Coste, disponibilidad, sostenibilidad
Principio (guía)
Hay otros factores que influyen en la selección y aplicación de los materiales en un contexto específico: costo, disponibilidad y sostenibilidad.
- Factores: costes del ciclo de vida, impacto ambiental y disponibilidad (incluidos abastecimiento local y reciclabilidad). Equilibrarlos exige investigación a fondo, comparar opciones y, a veces, consultar a especialistas.
- Costo: repercute en el presupuesto; los materiales fácilmente disponibles y fáciles de procesar suelen ser más baratos que los especializados o de altas prestaciones. No basta el precio de compra inicial: hay que considerar el coste total durante toda la vida, incluidos mantenimiento y eliminación (un material difícil de separar o contaminado con adhesivos encarece el final de vida y puede impedir el reciclaje).
- Disponibilidad: valorar la fiabilidad de las cadenas de suministro y las posibles interrupciones. Preguntas: ¿hay abastecimiento local (reduce coste, huella de transporte y cadena)? ¿depende de un único proveedor o región? ¿se vende en formatos comerciales estándar o a medida? ¿es recurso escaso o crítico (tierras raras, cobalto: precio volátil)?
- Sostenibilidad: impacto ambiental en todo el ciclo de vida: energía incorporada en la producción, emisiones, consumo de agua, reciclabilidad y final de vida útil.
| Material | Punto fuerte | Punto débil |
|---|---|---|
| Madera | Renovable (se regenera con energía solar); produce con menos energía y menos contaminación de aire y agua que acero u hormigón; certificación forestal y reforestación. | Deforestación y pérdida de biodiversidad sin gestión; tratamientos (creosota) complican el final de vida. |
| Metales | Reciclables indefinidamente sin perder propiedades; aluminio reciclado ahorra hasta un 95 % de la energía respecto al mineral; reduce emisiones. | Minería de alto impacto y mucha energía en la primera producción. |
| Polímeros | Ligeros (ahorran combustible en transporte), baratos, moldeables en una sola pieza. | Origen fósil, persistencia ambiental, reciclaje difícil si se mezclan tipos. |
| Biomateriales | Fuentes renovables; muchos biodegradables (cierran el ciclo biológico); menor huella de carbono. | Prestaciones a veces inferiores; «biobasado» no siempre es «biodegradable». |
- Examen: nunca «elijo X porque es sostenible»; indica en qué fase del ciclo de vida gana (extracción, producción, uso, transporte, final de vida) y reconoce el compromiso (fibra de carbono: ahorra combustible en uso, pero alta energía de producción y apenas reciclable).
- Enlace con C2.1 y C2.2: material reciclable cierra el ciclo técnico; biodegradable, el ciclo biológico.
Justificar con investigación
Principio (guía)
La selección de materiales para un propósito concreto puede justificarse mediante la investigación primaria y secundaria.
Véase B2.1 El proceso de diseño del PD: primario, secundario.
| Secundaria | Primaria | |
|---|---|---|
| Aporta | Información de contexto: identifica materiales potenciales y el marco general de la selección. | Datos originales de primera mano. |
| Fuentes | Tablas y bases de datos de propiedades, gráficos de Ashby, artículos, normas, catálogos de fabricante, estudios previos. | Ensayos sobre los materiales seleccionados (comparar propiedades, evaluar rendimiento en condiciones definidas) y opiniones de usuarios sobre prototipos. |
| Cuándo | Primero: identifica candidatos y problemas ya encontrados en situaciones y entornos similares. | Después de la secundaria, con una lista corta que merece ser ensayada. |
- Secuencia: secundaria (tablas, Ashby, literatura) → lista corta → primaria (ensayos y usuarios) → prototipo → justificación robusta. Combinar ambas da una comprensión completa y una justificación robusta de material, proceso de fabricación y coste.
- Examen: la investigación primaria se realiza después de la secundaria (no al revés). Prototipo: ensayo posible con grupos de discusión que comenten mejoras y rendimiento frente a productos del mercado.
- Justificación válida: cita datos (p. ej. densidad del aluminio 2,7 g/cm³ frente a 7,85 del acero: −65 % de peso); completa (dato de tabla = secundaria y ensayo u opinión de usuario = primaria); honesta (menciona qué se sacrifica y por qué es aceptable).
Seleccionar por propiedades
Definición oficial (Guía)
Los materiales se seleccionan para aplicaciones específicas en función de sus propiedades.
El alumnado debe ser capaz de: identificar los materiales adecuados en función de sus propiedades físicas, químicas y mecánicas.
La selección de materiales es crucial en diseño de productos porque afecta directamente a la funcionalidad, la estética, el coste, la fabricabilidad y el impacto ambiental. Elegir bien el material es lo que garantiza que el producto funcione como se pretende, cumpla los requisitos del diseño y sea comercialmente viable. Esta es la respuesta a la pregunta de orientación del subtema.
A3.1 te da el vocabulario; B3.1 te enseña a usarlo
- Las propiedades físicas, químicas y mecánicas están definidas en A3.1: el glosario de B3.1 remite explícitamente a aquel subtema. Repásalo antes de este.
- Aquí la pregunta ya no es «¿qué es la tenacidad?», sino «¿qué material elijo y cómo justifico la elección?».
El proceso de selección, paso a paso
El paso inicial consiste en definir con claridad las propiedades necesarias que debe tener el producto, a partir de la comprensión de su uso previsto y de las condiciones concretas que va a encontrar. Solo entonces se genera una lista de candidatos.
propiedades
necesarias
candidatos
(Ashby, bases
de datos)
y descartar
y prototipar
con investigación
Atención, pregunta clásica de examen: el primer paso no es dibujar el producto ni preparar un gráfico de Ashby, sino definir las propiedades deseadas.
| Grupo de propiedades | Qué se pregunta el diseñador | Ejemplo de requisito |
|---|---|---|
| Físicas | ¿Cuánto pesa? ¿Conduce o aísla el calor y la electricidad? ¿A qué temperatura funde? ¿Cuánto dilata? | Un disipador de CPU necesita conductividad térmica alta: aluminio (230 W m-1 K-1), no acero dulce (54). |
| Químicas | ¿Se corroe? ¿Es seguro en contacto con alimentos? ¿Absorbe humedad? ¿Arde con facilidad? | Una bañera de barco: acero inoxidable, no acero dulce, por la resistencia a la corrosión en agua salada. |
| Mecánicas | ¿Resiste tracción o compresión? ¿Es rígido, duro, tenaz, dúctil, elástico? | Un casco de ciclismo necesita tenacidad (absorber energía de impacto), no dureza superficial. |
El libro enumera lo que hay que considerar al definir los requisitos: resistencia, rigidez, resistencia a la degradación ambiental, comportamiento ante temperaturas extremas, resistencia al impacto y a la abrasión, a lo que se suman la tolerancia a la radiación UV, la conductividad térmica, la resistencia a la corrosión, la durabilidad, el coste y el impacto ambiental.
Dos condicionantes que nunca puedes olvidar
- El proceso de fabricación: la elección del material también está influida por cómo se va a fabricar, porque unos materiales son más fáciles de mecanizar, moldear o soldar que otros, y hay que valorar el coste y la viabilidad de cada método.
- El impacto ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida (de la producción a la eliminación) es cada vez más importante y debe entrar en el proceso de selección.
- Casi siempre hay que asumir compromisos: ningún material gana en todo.
Gráficos de selección de materiales (gráficos de Ashby)
Son herramientas gráficas que permiten visualizar y comparar las propiedades de distintos materiales. Los desarrolló en los años noventa el profesor Michael Ashby, de la Universidad de Cambridge. Representan las propiedades en escala logarítmica, lo que permite comparar en un mismo gráfico materiales tan distintos como una espuma y un acero, frente a índices de rendimiento como resistencia frente a densidad.
Qué permite hacer un gráfico de Ashby
- Recuperar las propiedades típicas de un material, compararlas entre materiales, seleccionar material y proceso durante la fase de diseño y hacer estudios de sustitución de un material por otro.
- Revelar los compromisos: un material puede tener mucha resistencia y, a la vez, mucha densidad, y eso se ve de un vistazo. Trazando líneas de diseño (de rendimiento constante) se criban rápidamente los materiales que cumplen el criterio.
- Resistencia frente a temperatura máxima de servicio: acota los candidatos para una aplicación en caliente y deja a la vista la limitación de los polímeros frente a aceros y aleaciones de titanio y níquel.
- Potencial de corrosión frente a densidad de corriente de corrosión: enfrenta la tendencia a corroerse con la velocidad a la que se corroe; se prefieren los materiales con densidad de corriente baja y potencial más noble.
- Resistencia frente a energía de producción por metro cúbico: identifica los materiales que dan más resistencia por unidad de energía invertida (los mejores quedan arriba a la izquierda), útil para estructuras ligeras y eficientes.
Índices de rendimiento
Un índice de rendimiento combina varias propiedades en un solo valor, de modo que se pueden ordenar los materiales rápidamente. Los más habituales son la resistencia específica (σy / ρ), la rigidez específica (E / ρ) y la tenacidad a fractura, pero vale cualquier relación pertinente, incluidas las que se dividen por el coste (por ejemplo, conductividad térmica por euro).
Existen además herramientas informáticas de selección con bases de datos y algoritmos de cálculo de índices: Ansys Granta EduPack, el Cambridge Engineering Selector (CES) y bases como MatWeb, Matmatch y MakeItFrom. Los paquetes profesionales de CAD incorporan tablas equivalentes.
Selección por propiedades en los materiales que ya conoces
- Aleaciones ferrosas: el acero dulce (0,1–0,3 % de carbono) es tenaz, dúctil y barato, ideal para ingeniería general, pero se oxida; el acero inoxidable (con cromo y níquel) se elige cuando manda la resistencia a la corrosión, como en instrumental quirúrgico y cubertería; el hierro fundido (2–6 % de carbono) es muy resistente a compresión pero frágil, por eso sirve para bloques de motor y tapas de alcantarilla y no para piezas sometidas a impacto.
- Aleaciones no ferrosas: el aluminio se elige por su baja densidad y su capa de óxido autoprotectora (aviación, carpintería, latas); el cobre, por su conductividad (cables y tuberías); el latón, por su mecanizabilidad y aspecto (grifería y ornamentos).
- Madera natural: la resistencia a tracción es mayor a lo largo de la veta que a través de ella, lo que obliga a orientar las piezas; las duras (roble, haya, arce, olmo, eucalipto) son muy durables y se usan en suelos y muebles; las blandas (pino, cedro, ciprés) son más baratas y sirven para estructuras de pared y cubierta.
- Maderas artificiales: el contrachapado tiene resistencia alta en todas las direcciones y, en versión de exterior, excelente resistencia a la humedad; el MDF y el aglomerado tienen resistencia baja y muy poca tolerancia a la humedad, así que no se usan en exteriores ni en elementos portantes.
Seleccionar por características estéticas
Definición oficial (Guía)
Los materiales se seleccionan para aplicaciones específicas en función de sus características estéticas.
El alumnado debe ser capaz de: identificar los materiales apropiados basándose en la textura, la forma y el color, que también pueden realzarse a través de diversas técnicas de acabado.
La textura de un material se refiere a las características de su superficie, su tacto y su aspecto. (Definición literal del glosario de B3.1.)
El glosario de B3.1 remite a A4.1 Técnicas de fabricación, un subtema de solo Nivel Superior. Para NM basta con saber que el acabado modifica textura, color y brillo, y que además protege la superficie.
Las características estéticas incluyen la apariencia, la textura y el modo en que el material interactúa con la luz. Desempeñan un papel decisivo en el atractivo emocional del producto e influyen en cómo lo percibe y lo experimenta el usuario. Es a menudo lo que permite a un diseñador diferenciar su producto de otro de la competencia que tiene la misma funcionalidad y la misma usabilidad.
La pirámide de requisitos
(funcionalidad)
(usabilidad)
(placer)
Pirámide de requisitos del diseño de producto propuesta por Donald Norman en Emotional Design (2004). La estética actúa sobre todo en el nivel reflexivo: es la que crea deseabilidad y satisfacción por encima de la funcionalidad.
Los tres criterios que pide la guía
| Criterio | Qué es | Cómo se realza con acabados |
|---|---|---|
| Textura | Características de la superficie: tacto y aspecto. Puede ser lisa, rugosa, mate, satinada, granulada. | La madera ofrece una veta natural. Los metales se pulen, cepillan, graban, chorrean con arena, pintan o recubren con polvo. Los plásticos y el vidrio reciben textura mediante moldes texturizados. Los textiles se eligen por su textura inherente. |
| Forma | La geometría y la silueta que el material permite obtener; unos materiales admiten curvas complejas y otros no. | El contrachapado laminado y curvado permite curvas continuas (silla de Grete Jalk); la chapa metálica se embute; el polímero se inyecta en formas casi libres. |
| Color | Color propio del material o aplicado. Incluye la transparencia y el comportamiento frente a la luz. | La madera se tiñe o barniza (color y protección a la vez); los metales se pintan o recubren con polvo; los textiles se tiñen o estampan; los polímeros se pigmentan en masa. |
La elección de la técnica de acabado depende del tipo de material, la estética deseada, la durabilidad requerida y el coste, y determina el aspecto y el tacto del producto terminado.
Personalidad de producto
Los acabados crean lo que puede considerarse la personalidad o el carácter del producto, que no se limita a la estética: incluye las asociaciones y las percepciones que esa estética genera (Ashby y Johnson, 2003).
| Componente | Contenido |
|---|---|
| Estética | Color y transparencia, forma, tacto y textura, gusto y olor, sonido. |
| Asociaciones | Riqueza (Rolls-Royce), material militar (Land Rover), aeroespacial (muchos coches estadounidenses), plantas y animales (VW Beetle), juguetes infantiles (Renault Twingo). |
| Percepciones | Juvenil–maduro, caro–barato, lúdico–serio… y, sobre todo, «si fuese mío, ¿me sentiría orgulloso o decepcionado? ¿satisfecho o insatisfecho?». |
Congruencia con la imagen de uno mismo
- La investigación sugiere que un diseño cuya personalidad encaja con la percepción que el consumidor tiene de sí mismo genera mucho más apego. Por eso el marketing asocia el producto a estilos de vida aspiracionales: sofisticación, deporte, viaje, autosuficiencia y ocio.
- El respaldo de una celebridad no cambia las cualidades estéticas: crea asociaciones y percepciones, trasladando los atributos positivos del personaje al producto.
- Consecuencia sostenible: un producto al que el usuario se siente apegado se conserva más tiempo y se sustituye menos.
Estética de la madera: el caso que Fernando ya conocía
- Maderas naturales: amplia gama de colores (rojizos, crema, marrones, púrpuras) y vetas visibles que aportan valor estético por sí solas. Un suelo de roble se elige tanto por durabilidad como por aspecto.
- Maderas artificiales: el MDF y el aglomerado necesitan acabado —pintura, laminado o chapa noble— para resultar aceptables; el contrachapado con chapa vista tiene buena presencia por sí mismo.
- Tratamientos que además protegen: barnices y tintes mejoran la estética y, a la vez, protegen de la intemperie, la pudrición, los insectos y los hongos, y aumentan la durabilidad y la resistencia química. La creosota, por ejemplo, penetra en las fibras y protege contra los xilófagos, aunque limita el reciclado posterior.
Otros factores: coste, disponibilidad y sostenibilidad
Definición oficial (Guía)
Hay otros factores que influyen en la selección y aplicación de los materiales en un contexto específico.
El alumnado debe ser capaz de: identificar los materiales adecuados en función de su costo, disponibilidad y sostenibilidad.
Factores como los costes del ciclo de vida, el impacto ambiental y la disponibilidad —incluidos el abastecimiento local y la reciclabilidad— afectan a la selección. Equilibrarlos exige investigación a fondo, comparación de opciones y, a veces, consultar a especialistas.
Costo
El coste de los materiales repercute directamente en el presupuesto del proyecto. Los materiales fácilmente disponibles y fáciles de procesar suelen ser más baratos que los especializados o de altas prestaciones. Pero —y esto es lo que el IB quiere que digas— no basta con mirar el precio de compra inicial: hay que considerar el coste total a lo largo de toda la vida del material, incluidos el mantenimiento y la eliminación.
Coste real frente a coste de compra
- Cuadro de bicicleta (datos del libro): acero de alta resistencia 4130 ≈ 450 € frente a bambú 690, aluminio 1500, aleación de titanio 2400, fibra de carbono 2500 y acero inoxidable maraging Reynolds 953 unos 4000. Cuadruplicar el precio para ganar unos gramos solo se justifica en competición.
- Mantenimiento: una carpintería exterior de madera blanda es barata de comprar pero exige repintado periódico; una de aluminio anodizado cuesta más y no necesita casi nada. A veinte años, la comparación se invierte.
- Eliminación: un material difícil de separar o contaminado con adhesivos encarece el final de vida y puede impedir el reciclaje.
Disponibilidad
Hay que valorar la fiabilidad de las cadenas de suministro del material elegido y las posibles interrupciones que puedan afectar a la disponibilidad. Un material perfecto sobre el papel no sirve si no llega a la fábrica.
Preguntas de disponibilidad que debes plantearte
- ¿Hay abastecimiento local? Reduce el coste y la huella de transporte, y acorta la cadena.
- ¿Depende de un único proveedor o de una única región? Ahí está el riesgo.
- ¿Se vende en los formatos comerciales estándar (espesores, perfiles, anchos de bobina) o hay que encargarlo a medida?
- ¿Es un recurso escaso o crítico (tierras raras, cobalto)? La escasez se traduce en precio volátil.
Sostenibilidad
El impacto ambiental del material a lo largo de todo su ciclo de vida es cada vez más determinante. Se valora la energía incorporada en su producción, las emisiones, el consumo de agua, la reciclabilidad y qué ocurre al final de la vida útil.
| Material | Punto fuerte en sostenibilidad | Punto débil |
|---|---|---|
| Madera | Renovable, se regenera con energía solar en un ciclo continuo; su producción consume menos energía y contamina menos aire y agua que el acero o el hormigón. Certificación forestal y reforestación. | Deforestación y pérdida de biodiversidad si no hay gestión; tratamientos como la creosota complican el final de vida. |
| Metales | Reciclables indefinidamente sin perder propiedades. El aluminio reciclado ahorra hasta un 95 % de la energía necesaria para obtenerlo del mineral, y el reciclaje reduce emisiones. | Extracción minera de alto impacto y mucha energía en la primera producción. |
| Polímeros | Ligeros (ahorran combustible en transporte), baratos y moldeables en una sola pieza. | Origen fósil, persistencia ambiental y reciclaje difícil si se mezclan tipos. |
| Biomateriales | De fuentes renovables; muchos son biodegradables y cierran el ciclo biológico, reduciendo la huella de carbono. | Prestaciones a veces inferiores; «biobasado» no siempre significa «biodegradable». |
Cómo redactar la respuesta en el examen
- Nunca digas «elijo X porque es sostenible». Di en qué fase del ciclo de vida gana: extracción, producción, uso, transporte o final de vida.
- Reconoce siempre el compromiso: la fibra de carbono ahorra combustible en uso, pero es muy intensiva en energía de producción y hoy apenas reciclable.
- Enlaza con C2.1 y C2.2: un material reciclable cierra el ciclo técnico; uno biodegradable, el ciclo biológico.
Justificar con investigación primaria y secundaria
Definición oficial (Guía)
La selección de materiales para un propósito concreto puede justificarse mediante la investigación primaria y secundaria.
El glosario de B3.1 remite a B2.1 El proceso de diseño del PD: investigación primaria y secundaria.
El alumnado debe ser capaz de: justificar su elección de materiales utilizando métodos de investigación apropiados.
| Investigación secundaria | Investigación primaria | |
|---|---|---|
| Qué aporta | Información de contexto: identifica materiales potenciales y ayuda a entender el marco general de la selección. | Datos originales de primera mano, obtenidos por ti. |
| Cómo se obtiene | Tablas y bases de datos de propiedades, gráficos de Ashby, artículos, normas, catálogos de fabricante, estudios previos. | Ensayos sobre los materiales seleccionados para comparar y contrastar propiedades, evaluar el rendimiento en condiciones definidas y recoger opiniones de usuarios sobre prototipos. |
| Cuándo se hace | Primero. Es la vía habitual para identificar candidatos y detectar problemas ya encontrados en situaciones y entornos similares. | Después de la secundaria, cuando ya hay una lista corta que merece la pena ensayar. |
Pregunta de examen del libro: «la investigación primaria… se realiza después de la secundaria». No al revés.
tablas, Ashby,
literatura
de candidatos
ensayos y
usuarios
robusta
Combinar los dos enfoques permite una comprensión completa y una justificación robusta de la selección del material, del proceso de fabricación y del coste.
Ejemplo desarrollado del libro: una bicicleta ligera de carretera
Propiedades deseadas: buena rigidez específica (rigidez por unidad de peso), marcha cómoda, durabilidad y coste moderado.
| Material | Rigidez específica E/ρ | Resistencia específica σ/ρ | Fabricación | Reparabilidad | Durabilidad | Disponibilidad | Coste (€) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Acero alta resistencia 4130 | 27 | 198 | Excelente | Excelente | Aceptable | Excelente | 450 |
| Bambú | 19 | 72 | Buena | Pobre | Excelente | Excelente | 690 |
| Aluminio | 26 | 211 | Buena | Buena | Aceptable | Excelente | 1500 |
| Aleación de titanio Ti-6Al-4V | 6,7 | 211 | Buena | Buena | Excelente | Buena | 2400 |
| Fibra de carbono | 194 | 2917 | Aceptable | Pobre | Buena | Buena | 2500 |
| Acero inoxidable maraging Reynolds 953 | 25 | 256 | Difícil | Difícil | Excelente | Limitada | ~4000 |
Datos de materiales candidatos para cuadro de bicicleta (Metcalfe, figura B3.1.4b). La fibra de carbono gana con diferencia en rigidez específica, pero pierde en comodidad, reparabilidad y coste: el compromiso, otra vez. El titanio es un buen ejemplo de por qué hay que mirar ambos índices por separado: iguala al aluminio en resistencia específica (211 los dos) pero se queda muy por detrás en rigidez específica (6,7 frente a 26) — un cuadro de titanio no se rompe antes que uno de aluminio, pero flexa más para el mismo peso.
Cómo encaja cada tipo de investigación en este ejemplo
- Secundaria: identificar la investigación existente sobre bambú, acero, fibra de carbono, aleaciones de aluminio y de titanio para cuadros de bicicleta, y reunir sus datos de propiedades en una tabla comparativa como la anterior.
- Primaria: recoger opiniones de ciclistas sobre sus necesidades y preferencias en cuanto a peso del cuadro, rigidez, comodidad, durabilidad y coste.
- Prototipo: a partir de la investigación secundaria y de las opiniones, se desarrolla un prototipo para ensayarlo, posiblemente con grupos de discusión de ciclistas que lo prueben y comenten mejoras y rendimiento frente a las bicicletas disponibles en el mercado.
Qué se espera de ti en Paper 2 y en el proyecto de diseño
- Una justificación válida cita datos: «he elegido aluminio 6061 porque su densidad de 2,7 g/cm³ frente a los 7,85 del acero reduce el peso del conjunto un 65 % manteniendo una rigidez específica equivalente».
- Una justificación completa combina las dos fuentes: el dato de tabla (secundaria) y el ensayo o la opinión del usuario (primaria).
- Una justificación honesta menciona qué se ha sacrificado y por qué es aceptable en ese contexto.
Los 6 términos oficiales de B3.1
Definiciones exactas del glosario del IB (actualizado en abril de 2026). B3.1 es un subtema de aplicación: casi todo su vocabulario es prestado, y el glosario oficial se limita a remitir a los subtemas donde esos términos se definen. Solo Textura tiene definición propia aquí.
| Término | Definición |
|---|---|
| Metodologías de investigación | Véase B2.1 El proceso de diseño del PD: primario, secundario. |
| Propiedades físicas | Véase A3.1 Clasificación y propiedades de los materiales. |
| Propiedades mecánicas | Véase A3.1 Clasificación y propiedades de los materiales. |
| Propiedades químicas | Véase A3.1 Clasificación y propiedades de los materiales. |
| Técnicas de acabado | Véase A4.1 Técnicas de fabricación. |
| Textura | La textura de un material se refiere a las características de su superficie, su tacto y su aspecto. |
Aviso sobre las remisiones
- A4.1 Técnicas de fabricación es contenido de solo Nivel Superior: no tienes que estudiarlo, pero sí saber que el acabado es una técnica de fabricación que modifica textura, color y brillo.
- Las tres definiciones de propiedades están íntegras en la página de A3.1. Repásalas allí: el examen puede preguntarlas literalmente en el contexto de B3.1.
Preguntas estilo examen
Adaptadas de los ejercicios del libro de texto (Metcalfe) y del formato de los Papers del IB.
1.El paso inicial en la selección de materiales es:
- A. el diseño del producto
- B. la preparación de un gráfico de Ashby
- C. la definición de las propiedades deseadas
- D. determinar el método de producción
Ver respuesta
2.¿Por qué se incluyen consideraciones estéticas en los diseños?
- A. por seguir la tradición
- B. porque se puede
- C. para diferenciar el producto de los demás
- D. para aumentar las posibilidades de recibir un premio de diseño
Ver respuesta
3.¿Cuál de los siguientes no se considera un acabado estético?
- A. la veta de la madera
- B. el mármol pulido
- C. la protección anticorrosión
- D. el acero inoxidable cepillado
Ver respuesta
4.¿Cuál de los siguientes factores no es una consideración estética?
- A. el color
- B. la forma
- C. el sonido
- D. la dureza
Ver respuesta
5.La investigación primaria:
- A. identifica la investigación ya existente
- B. se realiza antes que la investigación secundaria
- C. se realiza durante la fase inicial de diseño
- D. se realiza después de la investigación secundaria
Ver respuesta
6.Describe cómo se elabora un gráfico de Ashby y para qué sirve.
Ver respuesta modelo
7.Explica por qué la consideración de las características estéticas es importante en el diseño de productos.
Ver respuesta modelo
8.¿Qué se entiende por la personalidad o el carácter de un producto?
Ver respuesta modelo
9.Enumera los factores que intervienen en la elección del acabado de un material.
Ver respuesta modelo
10.Explica cómo se utilizan la investigación primaria y la secundaria para justificar la selección de un material, usando un ejemplo.
Ver respuesta modelo
Preguntas transversales
Conexiones con otras unidades — útiles para respuestas de síntesis en Paper 2. Se han conservado solo las preguntas de la guía que enlazan con subtemas del Nivel Medio.
- A1.1¿Qué factores de la ergonomía influyen en la elección de un material?
- A2.1¿Cómo pueden influir los métodos de investigación centrados en el usuario en la selección de un material?
- B2.1¿Cómo priorizan los diseñadores/as la selección de materiales como parte del proceso de diseño?
- C2.1 · C2.2¿Cómo influye la selección de un material en que un producto pueda cumplir los requisitos del diseño para la sostenibilidad o para la economía circular?