Vés al contingut

Universitat Internacional de Catalunya

Selecció de Materials

Selecció de Materials
6
15491
2
Primer semestre
FB
FORMACIÓ AVANÇADA
MATERIALS II
Llengua d'impartició principal: castellà

Altres llengües d'impartició: català, anglès

Professorat


Les cites per a tutories presencials, tant per resoldre dubtes sobre aspectes teòrics o pràctics de l'assignatura com per a l'elaboració de treballs individuals s'organitzen per correu electrònic ecastro@uic.es, prioritzant les consultes en els horaris acordats amb el professor a l'inici del curs acadèmic (dimecres de 9:00 a 10:00).

Presentació

Les innovacions tecnològiques en bioenginyeria depenen en gran manera de l’ús responsable de materials avançats, mentre que un mal ús d’aquests pot tenir conseqüències negatives en termes de seguretat, sostenibilitat o salut. Per això, és essencial que el futur bioenginyer conegui com seleccionar i aplicar adequadament els materials, atenent criteris tècnics, econòmics, estètics, mediambientals, normatius i de durabilitat.
L'assignatura s'alinea amb els Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS), especialment amb el ODS 3 (Salut i Benestar) - en abordar l'ús de biomaterials i la seva aplicació segura en l'àmbit mèdico-, ODS 4 (Educació de qualitat) - en proporcionar competències clau en ciència i enginyeria de materials per a la formació del bioenginyer -, ODS 9 (Indústria, innovació i infraestructura) - en introduir materials avançats que impulsen la innovació i el desenvolupament tecnològic- i ODS 12 (Producció i consum responsables) - en incloure metodologies d'anàlisis de cicle de vida, reciclatge i ecodisseny-, fomentant a més la reflexió sobre el ODS 13 (Acció pel clima) - en fomentar el disseny i selecció de materials que minimitzin la petjada ambiental i contribueixin a un desenvolupament més sostenible.
En aquest sentit, l'assignatura no sols capacita a l'estudiant per a comprendre les propietats i limitacions dels materials, sinó també per a situar les seves decisions en el marc dels reptes globals de salut, innovació i sostenibilitat.

Requisits previs

Assignatures de Materials, Biomaterials i biocompatibilitat.

Objectius

• Conèixer materials avançats amb aplicacions especials en l'àrea de la bioenginyeria.

• Fomentar una actitud positiva i oberta cap als nous materials.

• Comprendre els principis bàsics involucrats en la selecció de materials, establint metodologies (disseny, cost, funcionalitat, especificacions, qualitat requerida per la indústria) que permeten realitzar la selecció del material idoni per a cada aplicació en particular.

Competències/Resultats d’aprenentatge de la titulació

  • CN01 - Descriure els aspectes relacionats amb la bioenginyeria basant-se en llibres específics de la matèria juntament amb publicacions científiques a la frontera del coneixement.
  • CN02 - Associar les avaluacions i materials implantables amb la variabilitat existent en l’expressió de les malalties i diferències biològiques entre sexes.
  • CN04 - Integrar els fonaments de ciència i tecnologia de materials tenint en compte la relació entre la microestructura, la síntesi o processat i les propietats dels materials.
  • CP01 - Interpretar dades rellevants (normalment dins de la seva àrea d’estudi) per emetre judicis que incloguin una reflexió sobre temes rellevants d’índole social, científica o ètica.
  • CP07 - Interpretar les propietats dels materials juntament amb el comportament elèctric, magnètic, mecànic i químic per investigar nous materials amb diferents aplicacions.
  • HB03 - Validar càlculs, valoracions, taxacions, peritatges, estudis, informes, plans de labors i altres treballs anàlegs.
  • HB11 - Aplicar els fonaments bàsics de l’elasticitat i resistència de materials al comportament de sòlids reals.

Resultats d’aprenentatge de l’assignatura

En finalitzar aquesta matèria, els alumnes seran capaços de:
● Aplicar els fonaments de ciència, tecnologia i química de materials i relacionar-los amb la microestructura, la síntesi o el processament i les propietats dels materials.
● Resoldre problemes relacionats amb l'enginyeria dels processos de fabricació, en funció dels materials que conformen l'element.
● Relacionar l'estructura dels materials amb les seves propietats i aplicacions.
● Aplicar normes d'assaig de materials.
● Justificar la selecció de materials, el seu conformament, el seu tractament, recobriments i modes d'ús.
● Determinar el material més adequat per a cada aplicació en Enginyeria.

Continguts


  1. Llei d'Ohm i conductivitat elèctrica. Conductors, aïllants i dielèctrics. Conductivitat de metalls i aliatges. Semiconductors intrínsecs i extrínsecs. Dependència de la conductivitat amb la temperatura. Materials superconductors. Piezoelectricitat i ferroelectricitat.
  2. Magnetització, permeabilitat i camp magnètic. Efecte de la temperatura en el comportament magnètic. Dominis magnètics i cicle d'histèresi. Classificació dels materials magnètics: materials magnètics tous i duros. Materials diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnètics, ferrimagnètics i superparamagnéticos. La temperatura de Curie.
  3. L'espectre electromagnètic. Interacció de la llum amb els sòlids. Propietats òptiques dels metalls i no metalls. Refracció, absorció, reflexió i transmissió de la llum. Luminescència. Opacitat i transparència dels aïllants.
  4. Capacitat calorífica i calor específica. Dilatació tèrmica. Conductivitat tèrmica. Esforços tèrmics. Xoc tèrmic.

  1. Constituents del material compost: matriu i fase dispersa. Classificació dels materials composts. Materials composts de matriu metàl·lica. Materials composts de matriu ceràmica. Materials composts reforçats amb fibres i amb partícules. Estructura, propietats i aplicacions dels plàstics reforçats. Materials compostos laminars. Estructures tipus sandvitx.
  2. Estructura dels aliatges metàl·lics. Interpretació dels diagrames de fase. Diagrama de fase d'un component. Límit de solubilitat. Diagrama de fase de dos components. El sistema ferro-carboni. Reaccions invariants: eutèctica i peritèctica. Regla de la palanca. Diagrames de fase ternaris.
  3. Aliatges ferrosos. Acers al carboni. Acers inoxidables. Diagrama de fase ferro-carbur de ferro. Desenvolupament de microestructures en els acers. Influència d'altres elements d'aliatge. Tractament tèrmic dels acers al carboni.
  4. Aliatges no ferrosos. Aliatges lleugers: aliatges d'alumini, magnesi, beril·li i titani. Aliatges de coure, níquel, cobalt i zinc.

  1. Materials funcionals. Classificació dels materials: materials estructurals versus materials funcionals. Vidres i escumes metàl·liques.
  2. Materials intel·ligents. Aliatges amb memòria de forma.
  3. Materials biomiméticos.
  4. Nanomaterials.
  5. Metamateriales. Materials actius.
  6. Descobriment de nous materials mitjançant IA generativa (MatterGen).

  1. El procés de disseny. Etapes del procés de disseny: Translació, filtrat, classificació i documentació.
  2. Estratègias de selecció de materials. La metodologia de selecció de Ashby. Relació de la selecció de materials amb el disseny.
  3. Relació de les propietats dels materials amb la seva estructura.

  1. Consideracions econòmiques en la selecció de materials. Economia dels materials. Estimació de costos amb Ansys Granta EduPack.
  2. Consideracions mediambientals en la selecció de materials. Aspectes del reciclatge en la ciència i enginyeria de materials. Bioplàstics. Anàlisi de cicle de vida (ACV). Eco Audit amb Ansys Granta EduPack: Energia embeguda i petjada de carboni. Ecodisseny. Introducció al programari lliure OpenLCA. Casos reals d'ecodisseny.

  1. Casos pràctics de selecció de materials: Pròtesi total de maluc i ancoratges de sutura.
  2. Gestió de la informació i presa de decisions en selecció de materials. Funcions, objectius i restriccions.
  3. Bases de dades sobre propietats dels materials: MatWeb.
  4. Gràfics de Ashby.
  5. Programari comercial: Ansys Granta EduPack.
  6. Índex de funcionament del material.
  7. Ús d'eines de IA generativa (bots) en la selecció de materials.

Metodologia i activitats formatives

Modalitat totalment presencial a l'aula



Utilitzem metodologies docents actives en grups reduïts com són el mètode del cas, l'aprenentatge basat en problemes (ABP), la simulació per ordinador, la gamificació a l'aula, la flipped classroom, la Peer Instruction, etc. Les classes de teoria seran d'introducció als diferents temes tractats, per a posar a l'abast de l'alumne tot el relacionat amb els materials d'ús en bioenginyeria considerats avançats. Les classes considerades pràctiques seran eminentment resolució de problemes i estudi de casos pràctics de selecció i aplicació de materials avançats en l'àmbit de la bioenginyeria. Les pràctiques seran de cerca d'informació i d'aplicacions dels materials considerats com avançats.

En les classes de teoria i pràctiques es tendirà a l'ús de les tecnologies de la informació i la comunicació (TIC), com els mitjans audiovisuals (vídeos, presentacions d'ordinador,…), quan això millora la claredat de l'exposició en classe, i es promourà l'ús del campus virtual en Moodle com mig principal per a gestionar el treball dels alumnes, comunicar-se amb ells, distribuir material d'estudi, etc. En el transcurs de l'assignatura es plantejarà a l'alumnat la realització de les següents activitats formatives:

Aprenentatge entre iguals (Peer Instruction) – Preguntes curtes llançades pel professor al principi o final de la classe virtual o presencial sobre el tema que s'estigui tractant en l'assignatura en aquest moment a les quals els estudiants han de respondre individualment a través d'un fòrum de Pregunta i Resposta (PiR) avaluable habilitat per a això en Moodle, de tal manera que entre els alumnes construeixin cooperativament la resposta correcta a la pregunta curta (que podrà caure en l'examen de l'assignatura) – el professor assenyalarà les respostes d'aquells alumnes que siguin encertades i això els permetrà sumar punts de cara a l'avaluació de la participació activa.

Modelització (Do it yourself – DIY) – Construcció de maquetes i models en grup, durant una classe presencial pràctica tipus seminari, que permetin als estudiants aprendre fent (com una galleda de materials) en una metodologia d'aprenentatge tipus Llec Serious Play. Una vegada construïda la maqueta o el model, es demanarà als estudiants que utilitzin aquest model o maqueta per a realitzar alguna activitat que els permeti aprofundir en el coneixement de la tecnologia, tècnica o material modelitzada seguint un guió facilitat pel professor.

Cerca del tresor (Foment de la lectura) – Dividir la classe presencial en dos grups, cadascun amb un portaveu que es desplaci a la biblioteca a buscar un llibre que indiqui el professor (diferent per a cada grup), de tal manera que cadascun dels grups busqui una sèrie de dades o explicacions sol·licitades pel professor en el llibre indicat i construeixi cooperativament un document amb aquestes dades i explicacions tretes del llibre i que lliurar, a través del portaveu, via tasca de Moodle, al professor al final de la classe. El professor donarà punts de participació activa en l'avaluació de l'assignatura al grup que el faci millor.

Classes invertides (Flipped Classroom) – El professor penjarà en el Moodle l'enllaç a un vídeo de Youtube sobre algun aspecte del temari de l'assignatura que els alumnes visualitzaran o bé com a deures a casa abans de la classe corresponent no presencial o bé durant el descans de la classe presencial projectant-lo en la pantalla de classe. Després de la visualització del vídeo, el professor proposarà als alumnes realitzar un quiz a través d'una eina com Socrative o Kahoot utilitzant els seus mòbils, tauletes o ordinadors per a comprovar l'assimilació dels conceptes tractats en el vídeo. El professor donarà punts de participació activa en l'assignatura als estudiants que responen correctament i més ràpidament a les preguntes del quiz.

Resolució de problemes i casos pràctics – Realitzar en classe exercicis numèrics d'aplicació pràctica de les lleis, equacions i conceptes vists en teoria, tant per part del professor com per part dels alumnes en paper i en la pissarra. També es penjarà del Moodle un butlletí de problemes addicionals perquè l'alumne pugui entrenar per a la part pràctica dels exàmens. El lliurament del butlletí de problemes al professor a través d'una tasca de Moodle en el termini estipulat, així com sortir voluntari a resoldre problemes en la pissarra puntuarà en l'avaluació de la participació activa en l'assignatura. Realitzar exercicis de simulació i casos pràctics, podent utilitzar per a això el programari de selecció de materials CES EduPack, de manera individual o en grup (triant un portaveu) en classe pràctica o de seminari. Les evidències de la realització dels casos pràctics i exercicis de simulació es recolliran a través d'un portafolis en Moodle.

 

Consideracions importants

  • El plagi, el copiat o qualsevol altra forma de frau acadèmic comportarà una qualificació de zero en l’apartat corresponent.
  • Si es detecta frau durant un examen, això suposarà el suspens immediat de l’assignatura, sense opció de recuperar la convocatòria.
  • Es prohibeix estrictament l’ús d’eines d’intel·ligència artificial en la realització d’activitats d’avaluació, llevat dels casos en què la seva utilització hagi estat expressament autoritzada pel docent responsable com a part de l’activitat.
  • L’ús o la tinença de dispositius electrònics (mòbils, rellotges intel·ligents, auriculars, etc.) durant la realització dels exàmens està totalment prohibit.

La simple tinença d’aquests dispositius, encara que no s’estiguin utilitzant, es considerarà un intent de frau.

  • Si es detecta a primera convocatòria, suposarà el suspens automàtic de l’examen i l’estudiant haurà d’anar a segona convocatòria.
  • Si es detecta a segona convocatòria, suposarà el suspens definitiu de l’assignatura, i l’estudiant s’haurà de tornar a matricular el curs següent.
  • No s’acceptaran canvis en el calendari acadèmic, les dates d’examen ni el sistema d’avaluació sota cap circumstància.
  • Els estudiants d’intercanvi (Erasmus o altres) i els repetidors estaran subjectes a les mateixes condicions d’avaluació i assistència que la resta de l’alumnat.

Sistemes i criteris d'avaluació

Modalitat totalment presencial a l'aula



L'estructuració de l'assignatura en sessions teòriques i pràctiques comporta l'avaluació dels coneixements i de les competències adquirides de manera diferenciada i alhora complementària. En el cas dels continguts de les sessions teòriques, seran avaluats  en una prova final, totes dues escrites i que tindran en compte tant la capacitat de relacionar els continguts dels diferents temes de manera transversal, com el desenvolupament del pensament propi. Pel que fa a la part pràctica de l'assignatura, l'avaluació serà continuada, considerant-se els següents aspectes amb diferent pes relatiu:participació activa a classe i debat després de la lectura de la bibliografia complementària. Perquè les dues parts de l'assignatura puguin fer mitjana i obtenir així la qualificació final de l'assignatura serà necessari que s'aprovin independentment.

 

La qualificació de l'alumne serà:

 

1ª convocatòria

 

Tipus d'avaluació

Sistema d'avaluació

Ponderació

 Avaluació sumativa

 Examen Final

 35 %
 Avaluació sumativa  Examen Parcial  35 %

 Avaluació formativa

Debat - reciclatge de bioplàstics (PLA per a impressió 3D)

 15 %
 Avaluació autèntica Exit tiquet - butlletí de problemes i casos pràctics  5 %
  Avaluació autèntica Infografia  5 %
  Avaluació autèntica Test Gemini IA  5 %
     


 

 

 

  2ª convocatòria

 

Tipus d'avaluació

Sistema d'avaluació

Ponderació

 Avaluació sumativa

 Examen Final

 75 %

 Avaluació formativa

Debat - reciclatge de bioplàstics (PLA per a impressió 3D)

 15 %
  Avaluació autèntica Exit tiquet - butlletí de problemes i casos pràctics  5 %
 Avaluació autèntica Infografia  5 %
     
     

 

Consideracions importants:

  1. Plagi, copiar o qualsevol altra acció que es pugui considerar parany suposarà un zero en aquest apartat d'avaluació. Realitzar-ho en els exàmens suposarà el suspens immediat de l'assignatura.
  2. En segona convocatòria no es podrà obtenir la qualificació de "Matrícula d'Honor", per la qual cosa la qualificació màxima serà de "Excel·lent".
  3. No s'acceptaran canvis en el calendari, dates d'exàmens o en el sistema d'avaluació.
  4. Els estudiants d'intercanvi (Erasmus i altres) o repetidors estaran sotmesos a les mateixes condicions que la resta de l'alumnat.
  5. No es podrà entrar en classe 10 minuts després de començada la lliçó (ni sortir) excepte causa justificada.
  6. Es permet i es fomenta l'ús d'eines d'intel·ligència artificial generativa (per exemple, ChatGPT, Claude, Gemini, etc.) en la preparació de treballs, tasques i activitats de classe, sempre que el seu ús es declari de manera transparent.
  7. Quan s'utilitzi una eina de IA generativa, l'estudiant haurà d'incloure en un annex del lliurament: 
    a. l'eina utilitzada (ex. ChatGPT, versió gratuïta o de subscripció),
    b. el prompt o instrucció principal empleada,
    c. el tipus d'ajuda rebuda (ex. pluja d'idees, redacció inicial, resum de bibliografia, esquemes, traducció, creació d'imatges, etc.).
  8. No està permès l'ús de IA generativa en exàmens presencials ni en avaluacions individuals on el professor no l'autoritzi expressament.
  9. L'ús de IA generativa no eximeix de la responsabilitat acadèmica: l'estudiant és responsable últim de la veracitat, rigor i originalitat del contingut lliurat.
  10. La falta d'atribució de l'ús d'aquestes eines es considerarà plagi o falta acadèmica greu.

Bibliografia i recursos

(1). Callister, W.D. (2016). Ciencia e ingeniería de materiales. Reverté. [eBook]

(2). Smith, W.F. (2014). Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. McGraw-Hill.

(3). Puértolas Ráfales, J.A. (2016). Tecnología de los materiales en ingeniería, Vol. 1. Síntesis.

(4). Puértolas Ráfales, J.A. (2016). Tecnología de los materiales en ingeniería, Vol. 2. Síntesis.

(5). Ashby, M.F. (2019). Materials: Engineering, Science, Processing and Design. Butterworth-Heinemann.

(6). Montes Martos, J.M. (2014). Ciencia e ingeniería de los materiales. Paraninfo. [eBook]

(7). Askeland, D.R. (2021). Ciencia e ingeniería de materiales. Cengage Learning.

(8). Ashby, M.F. (2023). Materials and Sustainable Development. Butterworth-Heinemann.

Període d'avaluació

E: data d'examen | R: data de revisió | 1: primera convocatòria | 2: segona convocatòria:
  • E1 13/01/2026 A10 10:00h