Universitat Internacional de Catalunya
Selección de Materiales
Otras lenguas de impartición: catalán, inglés
Profesorado
Las citas para tutorías presenciales, tanto para resolver dudas sobre aspectos teóricos o prácticos de la asignatura como para preparar los trabajos individuales se organizan mediante el correo electrónico ecastro@uic.es, dando prioridad a las consultas en las horas convenidas con el profesor al comienzo del curso académico (Miércoles de 9:00 a 10:00).
Presentación
Las innovaciones tecnológicas en bioingeniería dependen en gran medida del uso responsable de materiales avanzados, mientras que un mal uso de estos puede tener consecuencias negativas en términos de seguridad, sostenibilidad o salud. Por ello, es esencial que el futuro bioingeniero conozca cómo seleccionar y aplicar adecuadamente los materiales, atendiendo a criterios técnicos, económicos, estéticos, medioambientales, normativos y de durabilidad.
La asignatura se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), en especial con el ODS 3 (Salud y Bienestar) - al abordar el uso de biomateriales y su aplicación segura en el ámbito médico-, ODS 4 (Educación de calidad) - al proporcionar competencias clave en ciencia e ingeniería de materiales para la formación del bioingeniero-, ODS 9 (Industria, innovación e infraestructura) - al introducir materiales avanzados que impulsan la innovación y el desarrollo tecnológico- y ODS 12 (Producción y consumo responsables) - al incluir metodologías de análisis de ciclo de vida, reciclaje y ecodiseño-, fomentando además la reflexión sobre el ODS 13 (Acción por el clima) - al fomentar el diseño y selección de materiales que minimicen la huella ambiental y contribuyan a un desarrollo más sostenible.
En este sentido, la asignatura no solo capacita al estudiante para comprender las propiedades y limitaciones de los materiales, sino también para situar sus decisiones en el marco de los retos globales de salud, innovación y sostenibilidad.
Requisitos previos
Asignaturas de Materiales, Biomateriales y biocompatibilidad.
Objetivos
- Conocer materiales avanzados con aplicaciones especiales en el área de la bioingeniería.
- Fomentar una actitud positiva y abierta hacia los nuevos materiales.
- Comprender los principios básicos involucrados en la selección de materiales estableciendo metodologías (diseño, costes, funcionalidad, papel de las especificaciones, calidad demanda por la industria) que permiten realizar la selección del material idóneo para cada aplicación en particular.
Competencias/Resultados de aprendizaje de la titulación
- CN01 - Describir los aspectos relacionados con la bioingeniería basándose en libros específicos de la materia juntamente con publicaciones científicas en la frontera del conocimiento.
- CN02 - Asociar las evaluaciones y materiales implantables con la variabilidad existente en la expresión de las enfermedades y diferencias biológicas entre sexos.
- CN04 - Integrar los fundamentos de ciencia y tecnología de materiales teniendo en cuenta la relación entre la microestructura, la síntesis o procesado y las propiedades de los materiales.
- CP01 - Interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
- CP07 - Interpretar las propiedades de los materiales juntamente con el comportamiento eléctrico, magnético, mecánico y químico para investigar nuevos materiales con diferentes aplicaciones.
- HB03 - Validar cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos.
- HB11 - Aplicar los fundamentos básicos de la elasticidad y resistencia de materiales al comportamiento de sólidos reales.
Resultados de aprendizaje de la asignatura
Al finalizar esta materia los alumnos serán capaces de:
● Aplicar los fundamentos de ciencia, tecnología y química de materiales y relacionarlo con la microestructura, la síntesis o procesado y las propiedades de los materiales.
● Resolver problemas relacionados con la ingeniería de los procesos de fabricación, en base a los materiales que conforman el elemento.
● Relacionar la estructura de los materiales con sus propiedades y aplicaciones
● Aplicar normas de ensayo de materiales
● Justificar la selección de materiales, su conformado, su tratamiento, recubrimientos y modos de uso.
● Determinar el material más adecuado para cada aplicación en Ingeniería
Contenidos
- Ley de Ohm y conductividad eléctrica. Conductores, aislantes y dieléctricos. Conductividad de metales y aleaciones. Semiconductores intrínsecos y extrínsecos. Dependencia de la conductividad con la temperatura. Materiales superconductores. Piezoelectricidad y ferroelectricidad.
- Magnetización, permeabilidad y campo magnético. Efecto de la temperatura en el comportamiento magnético. Dominios magnéticos y ciclo de histéresis. Clasificación de los materiales magnéticos: materiales magnéticos blandos y duros. Materiales diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos, ferrimagnéticos y superparamagnéticos. La temperatura de Curie.
- El espectro electromagnético. Interacción de la luz con los sólidos. Propiedades ópticas de los metales y no metales. Refracción, absorción, reflexión y transmisión de la luz. Luminiscencia. Opacidad y transparencia de los aislantes.
- Capacidad calorífica y calor específico. Dilatación térmica. Conductividad térmica. Esfuerzos térmicos. Choque térmico.
- Constituyentes del material compuesto: matriz y fase dispersa. Clasificación de los materiales compuestos. Materiales compuestos de matriz metálica. Materiales compuestos de matriz cerámica. Materiales compuestos reforzados con fibras y con partículas. Estructura, propiedades y aplicaciones de los plásticos reforzados. Materiales compuestos laminares. Estructuras tipo sándwich.
- Estructura de las aleaciones metálicas. Interpretación de los diagramas de fase. Diagrama de fase de un componente. Límite de solubilidad. Diagrama de fase de dos componentes. El sistema hierro-carbono. Reacciones invariantes: eutéctica y peritéctica. Regla de la palanca. Diagramas de fase ternarios.
- Aleaciones ferrosas. Aceros al carbono. Aceros inoxidables. Diagrama de fase hierro-carburo de hierro. Desarrollo de microestructuras en los aceros. Influencia de otros elementos de aleación. Tratamiento térmico de los aceros al carbono.
- Aleaciones no ferrosas. Aleaciones ligeras: aleaciones de aluminio, magnesio, berilio y titanio. Aleaciones de cobre, níquel, cobalto y zinc.
- Materiales funcionales. Clasificación de los materiales: materiales estructurales versus materiales funcionales. Vidrios y espumas metálicas.
- Materiales inteligentes. Aleaciones con memoria de forma.
- Materiales biomiméticos.
- Nanomateriales.
- Metamateriales. Materiales activos.
- Descubrimiento de nuevos materiales mediante IA generativa (MatterGen).
- El proceso de diseño. Etapas del proceso de diseño: Translación, filtrado, clasificación y documentación.
- Estrategias de selección de materiales. La metodología de selección de Ashby. Relación de la selección de materiales con el diseño.
- Relación de las propiedades de los materiales con su estructura.
- Consideraciones económicas en la selección de materiales. Economía de los materiales. Estimación de costes con Ansys Granta EduPack.
- Consideraciones medioambientales en la selección de materiales. Aspectos del reciclaje en la ciencia e ingeniería de materiales. Bioplásticos. Análisis de ciclo de vida (ACV). Eco Audit con Ansys Granta EduPack: Energía embebida y huella de carbono. Ecodiseño. Introducción al software libre OpenLCA. Casos reales de ecodiseño.
- Casos prácticos de selección de materiales: Prótesis total de cadera y anclajes de sutura.
- Gestión de la información y toma de decisiones en selección de materiales. Funciones, objetivos y restricciones.
- Bases de datos sobre propiedades de los materiales: MatWeb.
- Gráficos de Ashby.
- Software comercial: Ansys Granta EduPack.
- Índice de funcionamiento del material.
- Uso de herramientas de IA generativa (chatbots) en la selección de materiales.
Metodología y actividades formativas
Modalidad totalmente presencial en el aula
Utilizamos metodologías docentes activas en grupos reducidos como son el método del caso, el aprendizaje basado en problemas (ABP), la simulación por ordenador, la gamificación en el aula, la flipped classroom, la Peer instruction, etc. Las clases de teoría serán de introducción a los diferentes temas tratados, para poner al alcance del alumno todo lo relacionado con los materiales de uso en bioingeniería considerados avanzados. Las clases consideradas prácticas serán eminentemente resolución de problemas y estudio de casos prácticos de selección y aplicación de materiales avanzados en el ámbito de la bioingeniería. Las prácticas serán de búsqueda de información y de aplicaciones de los materiales considerados como avanzados.
En las clases de teoría y prácticas se tenderá al uso de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), como los medios audiovisuales (videos, presentaciones de ordenador,…), cuando ello mejora la claridad de la exposición en clase, y se promoverá el uso del campus virtual en Moodle como medio principal para gestionar el trabajo de los alumnos, comunicarse con ellos, distribuir material de estudio, etc. En el transcurso de la asignatura se planteará al alumnado la realización de las siguientes actividades formativas:
Aprendizaje entre iguales (Peer Instruction) – Preguntas cortas lanzadas por el profesor al principio o final de la clase virtual o presencial sobre el tema que se esté tratando en la asignatura en ese momento a las que los estudiantes deben responder individualmente a través de un foro de Pregunta y Respuesta (PyR) evaluable habilitado para ello en Moodle, de tal manera que entre los alumnos construyan cooperativamente la respuesta correcta a la pregunta corta (que podrá caer en el examen de la asignatura) – el profesor señalará las respuestas de aquellos alumnos que sean acertadas y ello les permitirá sumar puntos de cara a la evaluación de la participación activa. Algunas de estas preguntas cortas podrán ser materia de evaluación en cualquiera de los exámenes de la asignatura.
Modelización (Do it yourself – DIY) – Construcción de maquetas y modelos en grupo, durante una clase presencial práctica tipo seminario, que permitan a los estudiantes aprender haciendo (como un cubo de materiales) en una metodología de aprendizaje tipo Lego Serious Play. Una vez construida la maqueta o el modelo, se pedirá a los estudiantes que utilicen ese modelo o maqueta para realizar alguna actividad que les permita profundizar en el conocimiento de la tecnología, técnica o material modelizado siguiendo un guión facilitado por el profesor.
Búsqueda del tesoro (Fomento de la lectura) – Dividir la clase presencial en dos grupos, cada uno con un portavoz que se desplace a la biblioteca a buscar un libro que indique el profesor (distinto para cada grupo), de tal manera que cada uno de los grupos busque una serie de datos o explicaciones solicitadas por el profesor en el libro indicado y construya cooperativamente un documento con esos datos y explicaciones sacadas del libro y que entregar, a través del portavoz, vía tarea de Moodle, al profesor al final de la clase. El profesor dará puntos de participación activa en la evaluación de la asignatura al grupo que lo haga mejor.
Clases invertidas (Flipped Classroom) – El profesor colgará en el Moodle el enlace a un video de Youtube sobre algún aspecto del temario de la asignatura que los alumnos visualizarán o bien como deberes en casa antes de la clase correspondiente no presencial o bien durante el descanso de la clase presencial proyectándolo en la pantalla de clase. Tras la visualización del video, el profesor propondrá a los alumnos realizar un quiz a través de una herramienta como Socrative o Kahoot utilizando sus móviles, tabletas u ordenadores para comprobar la asimilación de los conceptos tratados en el video. El profesor dará puntos de participación activa en la asignatura a los estudiantes que responden correctamente y más rápidamente a las preguntas del quiz.
Resolución de problemas y casos prácticos – Realizar en clase ejercicios numéricos de aplicación práctica de las leyes, ecuaciones y conceptos vistos en teoría, tanto por parte del profesor como por parte de los alumnos en papel y en la pizarra. También se colgará del Moodle un boletín de problemas adicionales para que el alumno pueda entrenar para la parte práctica de los exámenes. La entrega del boletín de problemas al profesor a través de una tarea de Moodle en el plazo estipulado, así como salir voluntario a resolver problemas en la pizarra puntuará en la evaluación de la participación activa en la asignatura. Realizar ejercicios de simulación y casos prácticos, pudiendo utilizar para ello el software de selección de materiales CES EduPack, de forma individual o en grupo (eligiendo un portavoz) en clase práctica o de seminario. Las evidencias de la realización de los casos prácticos y ejercicios de simulación se recogerán a través de un portfolio en Moodle.
Consideraciones importantes
- El plagio, el copiado o cualquier otra forma de fraude académico implicarán una calificación de cero en ese apartado de evaluación.
- Si se detecta fraude durante un examen, esto supondrá el suspenso inmediato de la asignatura, sin posibilidad de recuperar la convocatoria.
- Se prohíbe estrictamente el uso de herramientas de inteligencia artificial en la realización de actividades de evaluación, salvo en aquellos casos en que su utilización haya sido expresamente autorizada por el docente responsable como parte de la actividad.
- El uso o la tenencia de dispositivos electrónicos (teléfonos móviles, relojes inteligentes, auriculares, etc.) durante la realización de los exámenes está estrictamente prohibido.
La mera posesión de estos dispositivos, aunque no estén en uso, será considerada intento de fraude.
- Si se detecta en primera convocatoria, supondrá el suspenso automático del examen, y el estudiante deberá presentarse en segunda convocatoria.
- Si se detecta en segunda convocatoria, supondrá el suspenso definitivo de la asignatura, y el estudiante tendrá que volver a matricularse el curso siguiente.
- No se aceptarán cambios en el calendario académico, las fechas de los exámenes ni en el sistema de evaluación bajo ninguna circunstancia.
- Los estudiantes de intercambio (Erasmus u otros) y los repetidores estarán sometidos a las mismas condiciones de evaluación, asistencia y normativa que el resto del alumnado.
Sistemas y criterios de evaluación
Modalidad totalmente presencial en el aula
La estructuración de la asignatura en sesiones teóricas y prácticas comporta la evaluación de los conocimientos y de las competencias adquiridas de manera diferenciada y a la vez complementaria. En el caso de los contenidos de las sesiones teóricas serán evaluados en una prueba final, ambas escritas y que tendrán en cuenta tanto la capacidad de relacionar los contenidos de los diferentes temas de manera transversal, como el desarrollo del pensamiento propio. Por lo que se refiere a la parte práctica de la asignatura, la evaluación será continuada y debate tras la lectura de la bibliografía complementaria. Para que ambas partes de la asignatura puedan hacer media y obtener así la calificación final de la asignatura será necesario que se aprueben independientemente.
La calificación del alumno será:
1ª convocatoria
|
Tipo de evaluación |
Sistema de evaluación |
Ponderación |
| Evaluación sumativa | Examen Final | 35 % |
| Evaluación sumativa | Examen Parcial | 35 % |
| Evaluación formativa | Debate - reciclaje de bioplásticos (PLA para impresión 3D) | 15 % |
| Evaluación auténtica | Exit ticket - boletín de problemas y casos prácticos | 5 % |
| Evaluación auténtica | Infografía | 5 % |
| Evaluación auténtica | Test Gemini IA | 5 % |
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2ª convocatoria
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Tipo de evaluación |
Sistema de evaluación |
Ponderación |
| Evaluación sumativa | Examen Final | 75 % |
| Evaluación formativa | Debate - reciclaje de bioplásticos (PLA para impresión 3D) | 15 % |
| Evaluación auténtica | Exit ticket - boletín de problemas y casos prácticos | 5 % |
| Evaluación auténtica | Infografía | 5 % |
Consideraciones importantes:
- Plagio, copiar o cualquier otra acción que se pueda considerar trampa supondrá un cero en ese apartado de evaluación. Realizarlo en los exámenes supondrá el suspenso inmediato de la asignatura.
- En segunda convocatoria no se podrá obtener la calificación de "Matrícula de Honor", por lo que la calificación máxima será de "Excelente".
- No se aceptarán cambios en el calendario, fechas de exámenes o en el sistema de evaluación.
- Los estudiantes de intercambio (Erasmus y otros) o repetidores estarán sometidos a las mismas condiciones que el resto del alumnado.
- No se podrá entrar en clase 10 minutos después de comenzada la lección (ni salir) salvo causa justificada.
- Se permite y se fomenta el uso de herramientas de inteligencia artificial generativa (por ejemplo, ChatGPT, Claude, Gemini, etc.) en la preparación de trabajos, tareas y actividades de clase, siempre que su uso se declare de forma transparente.
- Cuando se utilice una herramienta de IA generativa, el estudiante deberá incluir en un anexo de la entrega:
a. la herramienta utilizada (ej. ChatGPT, versión gratuita o de suscripción),
b. el prompt o instrucción principal empleada,
c. el tipo de ayuda recibida (ej. lluvia de ideas, redacción inicial, resumen de bibliografía, esquemas, traducción, creación de imágenes, etc.). - No está permitido el uso de IA generativa en exámenes presenciales ni en evaluaciones individuales donde el profesor no lo autorice expresamente.
- El uso de IA generativa no exime de la responsabilidad académica: el estudiante es responsable último de la veracidad, rigor y originalidad del contenido entregado.
- La falta de atribución del uso de estas herramientas se considerará plagio o falta académica grave.
Bibliografía y 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.
Periodo de evaluación
- E1 13/01/2026 A10 10:00h