UPM, líder mundial en Selección de Materiales
Los materiales son esenciales para la Ingeniería. Gracias a ellos podemos desarrollar nuevos dispositivos, máquinas, instrumentos… que nos hacen la vida más cómoda, ayudan a reducir el impacto medioambiental, nos suministran energía y, en definitiva, permiten que nuestra Sociedad, nuestra Civilización, sea tal y como la conocemos.
El pasado 8 de noviembre de 2023 tuvo lugar en la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos el Desafío Internacional de Selección de Materiales. Desde hace diez años es organizado por el Prof. José Ygnacio Pastor, del Grupo de Innovación Educativa UPMateriales, con la colaboración y patrocinio de ANSYS-GRANTA y la presidencia del Vicerrector D. Víctor Robles. El evento ha tenido tal repercusión internacional que la cadena COPE Radio ha dedicado un espacio en su programa semanal de ciencia y tecnología Lo que viene del pasado 19 de noviembre de 2023.
ENTREVISTA PROF. JOSÉ YGNACIO PASTOR
Profesor Pastor, en la actualidad hay más de 200.000 materiales disponibles en el mercado ¿cómo puede un ingeniero o un científico seleccionar el más adecuado para su aplicación?
La forma de hacerlo es a través de la metodología de Selección de Materiales que desarrollo el Prof. Ashby, de la Universidad de Cambridge y Profesor Honoris Causa por la UPM. Se trata de un esquema gráfico que permite condensar una gran cantidad de información en una forma accesible y sencilla. Además, permite establecer correlaciones entre distintas propiedades, coste, procesamiento… Los datos que aparecen representados para los distintos tipos de materiales elegidos, ocupan espacios separados en los diagramas.
Entonces ¿qué es la Selección de Materiales?
Esta metodología permite agrupar los materiales que presentan propiedades similares, son los denominados diagramas de Ashby, en honor a su creador. Al establecer los requerimientos que queremos maximizar o minimizar (funciones objetivo) para una aplicación dada y las restricciones de producción y trabajo de los materiales (ecuaciones de comportamiento), se obtienen unas ecuaciones denominadas Índices de los Materiales. Al representarlas en los diagramas de Selección de Materiales, o de Ashby, se obtienen los materiales que cumplen los requerimientos necesarios para la función deseada.
¿Se explica la Selección de Materiales en la Universidad?
Por supuesto, es una herramienta fundamental y transversal para cualquier ingeniero que tenga que trabajar con aplicaciones que requieran materiales. Por eso son cada vez más las titulaciones que lo incluyen en sus planes de estudio, salvo algunas excepciones.
¿Qué propiedades de los materiales se pueden elegir con la Selección de Materiales?
Prácticamente cualquier propiedad y proceso de fabricación está contemplado en esta metodología. Para hacerla más accesible se utiliza el software CES-Edupack de ANSYS. La UPM ha realizado un gran esfuerzo para dotar a los docentes y estudiantes de centenares de licencias, a las que se puede acceder a través del escritorioUPM. Animo a todos los lectores a que se acerquen a este programa y vean la infinidad de recursos docentes y de aprendizaje que ofrece para las asignaturas de Materiales.
¿En qué consiste el Desafío Internacional de Selección de Materiales?
El concurso consiste en ingeniar una solución nueva o alternativa para un problema real. A continuación, con ayuda de ANSYS-EduPack se selecciones los mejores materiales para esa aplicación. Para ello se tienen en cuenta todas las condiciones a las que van a estar sometidos los materiales: propiedades mecánicas, térmicas, magnéticas, acústicas, económicas… y, especialmente, de impacto ecológico.
¿Cuántos participantes hay y de qué países provienen?
El International Materials Selection Challenge tiene, desde su creación hace diez años, un marcado carácter de cooperación internacional entre universidades y grupos de estudiantes de todo el mundo. En su primera fase, el Desafío Internacional de Selección de Materiales estaba dirigido a universidades de América Latina. Tras ocho años de exitosa implantación y crecimiento del concurso, con más de 80 grupos de estudiantes participantes, la edición de 2022 dio un paso más, el Desafío incluyó países de toda América Latina (países de habla portuguesa e hispana) y se realizó en inglés. Dado el entusiasmo de los grupos participantes y la brillantez de los trabajos de 2022, se decidió extender la internacionalización a todo el mundo en la edición de 2023. En esta tercera fase, hemos contado con la participación de universidades de América, África y Europa. Prueba de ello son los seis proyectos finalistas que representan a instituciones de Brasil, Egipto y España.
¿Cómo ha sido la última edición del Desafío Internacional de Selección de Materiales?
Gracias a la colaboración de estudiantes, profesores, ANSYS y nuestro Vicerrectorado de Estrategia y Transformación Digital, la verdad es que el evento ha desbordado todas las mis expectativas. Creo que todavía no somos conscientes de lo que este Desafío implica en cuanto al liderazgo de la UPM en el campo de la docencia de Selección de Materiales. En el tribunal evaluador han participado profesores de Brasil, Francia y España, lo que da idea de la internacionalización de todo el proceso. En cuanto a los participantes, Brasil, con cuatro de los seis finalistas ha sido la gran sorpresa. Además, tres de estos grupos han sido becados por sus universidades para que pudieran participar en directo. Absolutamente increíble. El tercer premio ha correspondido a las futuras ingenieras Aliaa Moussa, Heidi Mohamed, y Mariam El Halabi (Fishing Nets from Sustainable Natural Materials) de la Universidad Americana del Cairo, Egipto, el segundo premio a Tiago Chelni y Gilberto Suss Neto (Reduced environmental impact and enhanced performance: a study of materials for bamboo bicycle frame joints) de la Universidad Federal de Paraná, Brasil, y el primero para Aída Martinez (Multilayer material for the Whipple shield front bumper of human transportation spacecrafts with a thermal isolation additional improvement), de la Universidad Politécnica de Madrid. En breve, se acceder a los videos y otros recursos didácticos en la web de UPMateriales (https://blogs.upm.es/esmateriales/). Creo que son un estupendo material para los docentes y un estímulo para los alumnos. Estos y más recursos se pueden encontrar todos los recursos.
ENTREVISTA A AIDA MARTÍNEZ. PRIMER PREMIO (Máster en Ingeniería de los Materiales en la UPM. Doctoranda en Ciencia e Ingeniería de los Materiales en la UPM)
Aida, de manera sencilla ¿en qué ha consistido tu propuesta?
Yo en mi proyecto, decidí seleccionar los materiales para crear un sándwich de capas de materiales que formara un escudo de protección de naves espaciales. El problema de la basura espacial va en aumento por las constelaciones de satélites que se están lanzando y no son infrecuentes pequeños accidentes. Una de las soluciones son los denominados escudos Whipple, que pretenden proteger del impacto de la basura espacial y de micrometeroritos a hipervelocidades de hasta 80.000 km/h. En concreto, seleccioné los materiales para el parachoques delantero de una nave espacial. Se suele pensar que el objetivo es frenar o absorber el impacto del proyectil para que este no llegue a la estructura principal del vehículo. Pero no es así, ya que dependiendo de las características físicas del proyectil y de la velocidad de impacto, lograr este objetivo puede ser prácticamente imposible. Como alternativa, se busca es fragmentar el proyectil en miríadas de micropartículas. O incluso llegar a descomponer el proyectil. Así se logra evitar o reducir el potencial daño en las paredes del vehículo espacial.
Para esto, basándome en investigaciones recientes, en mi proyecto seleccioné los materiales para una multicapa con gradiente de impedancia acústica. Esta es una propiedad que relaciona rigidez y densidad del material. Y se juntan láminas de materiales con valores muy diferentes de impedancia, se consigue una combinación de reflexiones de la onda de choque del impacto que ayudan en la fragmentación del proyectil. También tuve en cuenta las propiedades térmicas de los materiales seleccionados, con el objetivo de conseguir la descomposición del proyectil debido a su calentamiento durante la colisión. Además, para la capa final de la multicapa seleccioné un aislante térmico de baja densidad. Por dos motivos, el primero es que permitiría ahorros en los subsistemas de control térmico de la nave. Y segundo, que contribuiría también a frenar la nube de escombros resultante de la fragmentación del proyectil antes de que llegue a las paredes del vehículo.
