Capítulos (Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte)

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Aplicación de Ciclos de Mejora en el Aula (CIMA) en procesos de fabricación de conformado por moldeo
(Universidad de Sevilla, 2025) Astacio López, Raquel; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; TEP971: Ingeniería de Materiales Avanzados
En este capítulo se muestran los resultados obtenidos tras aplicar un Ciclo de Mejora en el Aula (CIMA) en la asignatura de Procesos de Fabricación, del tercer curso del Grado de Ingeniería Electrónica Industrial impartida en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Sevilla. Este ejercicio tiene como objetivo la mejora del aprendizaje de los alumnos en los procesos de fabricación, lo cual es imprescindible para futuros ingenieros. El CIMA ha promovido la participación del alumnado mucho más que al impartir las clases de forma tradicional, partiendo además de sus ideas iniciales, lo cual es muy enriquecedor y motivador para ellos. La aplicación de este CIMA me ha proporcionado muchas herramientas para mejorar mi enseñanza y para la evaluación de los estudiantes, con recursos mucho más eficientes de los que disponía hasta ahora.
Aplicación de un Ciclo de Mejora e Innovación en Aula de la asignatura Materiales Funcionales
(Universidad de Sevilla, 2024) Bautista Bautista, Miguel Antonio; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
Para este capítulo se realizó un Ciclo de Mejora en el Aula en la asignatura Materiales Funcionales del grado en ingeniería de tecnologías industriales, en el cual se incorporan nuevas actividades en la dinámica de Enseñanza-Aprendizaje. Se añaden como novedad en el proceso, ideas de alumnos y actividades de contraste en los temas de propiedades ópticas y propiedades térmicas del temario. Luego de analizados los logros de los estudiantes al final de este ciclo de mejora, se nota a través del análisis de las encuestas iniciales y finales que han aprovechado esta nueva metodología valorándola de forma positiva y evidenciándose claramente como su conocimiento aumenta casi de forma autónoma.
Aprendiendo los procesos de fabricación por deformación plástica con la aplicación de los Ciclos de Mejora en el Aula-CIMA
(Universidad de Sevilla, 2024) Rodríguez-Albelo, Luisa Marleny; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
En este capítulo se presentan los resultados de la aplicación de los Ciclos de Mejora en el Aula (CIMA) en la asignatura Procesos de Fabricación, del Grado de Ingeniería Química Industrial de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Sevilla. El objetivo principal de este ejercicio es mejorar el aprendizaje de los procesos de fabricación que es una asignatura muy práctica, que requiere conocimientos previos de ingeniería de materiales. El CIMA ha incentivado la participación de los alumnos en las clases, ha promovido el debate e intercambio de conocimientos entre los alumnos, avivando la curiosidad por saber más del tema. Además, aplicar el CIMA me ha dotado de nuevas herramientas de enseñanza, y evaluación del aprendizaje de los estudiantes, ha abierto nuevas perspectivas para que con cada nueva clase a la que me enfrente tenga a mi disposición recursos más eficientes para enseñar.
Characteristics of Mechanically Alloyed Amorphized Ferromagnetic Particles of Fe₇₈Si₂₂ y Fe₇₈Si₉9B₁₃
(Springer, 2024-08) Astacio López, Raquel; Aranda Louvier, Rosa María; Urban, Petr; Ternero Fernández, Fátima; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO). España; European Commission (EC). Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER); TEP971: Ingeniería de Materiales Avanzados
In this work, the obtaining of amorphized ferromagnetic particles by mechanical milling has been studied. For this purpose, the compositions Fe₇₈Si₂₂ and Fe₇₈Si₉9B₁₃ have been studied and the results have been compared in order to determine the best characteristics achieved with this technique. The behavior has been studied when other elements are introduced to iron, which is the main base material for the manufacture of magnetic cores, the target of these amorphized particles. This mechanical alloying technique is an ideal alternative technique to the conventional obtaining of these particles due to the particular way in which amorphization is achieved by extremely severe deformation of the structure. A study encompassing different alloying conditions, for each of the compositions studied, has been carried out and measured by X-ray diffraction, SEM and TEM techniques and granulometry to compare their morphology and different characteristics. The milling hours studied vary from 60 to 200 hours of alloying, dry, resulting in the best nanocrystalline-amorphous characteristics at around 100 hours of milling. The alloy of composition Fe₇₈Si₉9B₁₃, which is one of the Metglas compositions, turns out to have the best characteristics, reaching a high amorphous-nanocrystalline character.
3D printed porous ceramic implants infiltrated with biodegradable biopolymer composites for improved mechanical and biofunctional behaviour
(Springer, 2024-08) Delgado-Pujol, Ernesto J.; Fargas Ribas, Gemma; Axelrad, Victoria; Martínez Muñoz, Guillermo; Herranz, Gemma; Begines Ruiz, Belén; Berges, Cristina; Llanes, Luis; Alcudia Cruz, Ana; Torres Hernández, Yadir; Química Orgánica y Farmacéutica; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Ministerio de Ciencia e Innovación (MICIN). España; Universidad de Sevilla; Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICINN). España; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales; FQM408: Química Farmacéutica Aplicada
The incidence of fractures and bone defects has been a significant driving force behind research efforts aimed at enhancing the quality of life for patients. However, it is important to acknowledge the inherent complexities of this research field. Where each patient could have different scenarios along with the difficulty of replicate the properties and complex design of the bones. In this study, scaffolds previously manufactured by different 3D printing techniques made of ceramic materials, specifically yttria-stabilised zirconia, which has excellent biocompatibility and mechanical properties, were used. These samples, which exhibit different designs to be employed in specific medical situation, have been characterised according to his morphology and porosity; using the outcomes for select the most promising for subsequent infiltration with appropriate biopolymers in order to improve their in vivo performance. Specifically oriented towards improve the osseointegration capacity by adding nanohydroxyapatite (nHA). The infiltrated samples were evaluated in terms of polymer degradation inside the composite, swelling evaluation, and studies of apatite formation capacity on the surface (bioactivity) assessed through XRD.
SingSol: A Web Application for Singularity Analysis in Multi-material Corners with Homogeneous Boundary Conditions
(Springer, 2024-09) Herrera Garrido, María Ángeles; Cortés Ramírez, Juan Camilo; Mantic, Vladislav; Barroso Caro, Alberto; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras; Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICINN). España; Junta de Andalucía; European Commission (EC). Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER); TEP131: Elasticidad y Resistencia de Materiales
The web application SingSol offers a user-friendly and versatile tool for researchers and engineers that need to determine the singularity exponents and the singular stress and displacement fields in multi-material linear elastic corners with homogeneous boundary conditions. It covers a wide range of configurations, involving homogeneous wedges and various boundary conditions, including perfect bonding or frictionless sliding interfaces between wedges in the corner. The theoretical framework of this powerful tool considers power-law stress singularities, and is based on the Stroh formalism of anisotropic elasticity, assuming generalized plane strain conditions (2.5D), and the concept of transfer matrix for single material wedges, along with the matrix formalism for homogeneous (orthogonal) boundary conditions. This approach is wellsuited for computational implementations, being particularly efficient in scenarios involving multiple perfectly bonded homogeneous wedges. The fully semi-analytical nature of this tool provides its very high accuracy. SingSol comprises a graphical user interface (GUI) and a Python-based back-end code hosted on the server of the research group. It incorporates and solves limitations found in other currently available codes, providing a flexible solution for isotropic and anisotropic materials while supporting various boundary and interface conditions.
Study on the Efficiency of Hydrochloric Acid Recovery from Industrial Effluents by Distillation
(Springer, 2024-08) Díaz Gutiérrez, Eduardo; Paúl Escolano, Antonio; Gallardo Fuentes, José María; Maldonado Calvo, José A.; Ruiz Oria, Irene; Ríos, Guillermo; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; TEP973: Tecnología de Polvos y Corrosión; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales
This study aims to develop and evaluate a hydrochloric acid recovery system using evaporation. The efficient recovery of HCl from residual industrial streams is economically and environmentally important. In this instance, the effluent arises from a regeneration procedure involving an ion exchange resin implemented to eliminate antimony and bismuth from the electrolyte utilized in copper electrorefining. This effluent contains substantial quantities of these metals, which react with hydrochloric acid to form chlorides that have higher boiling points than hydrochloric acid. Additionally, arsenic is also pre-sent in the stream. To address this issue, evaporation experiments were per-formed at a specified temperature based on the boiling points obtained through prior analysis conducted within a laboratory setting. Laboratory-scale experiments results, obtained in a range between 110-140ºC, demonstrate a high efficiency (>80%) in HCl recovering from this industrial stream, with adequate purity for reuse into the process. Distillation of HCl concentrated the metals contained in the stream, allowing their recovery.
Surface modification of titanium dental implant by hydrofluoric acid and an organic inhibitor etching
(Springer, 2024-08) Rosa Melián, Julio Ernesto de la; Díaz Gutiérrez, Daniel Alejandro; Torres Hernández, Yadir; García-García, Francisco J.; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICINN). España; Junta de Andalucía; TEP973: Tecnología de Polvos y Corrosión; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales
Titanium dental implants play a decisive role in dentistry for tooth replacement due to their exceptional properties of biocompatibility, osseointegration, and mechanical resistance. This study investigated the modification of dental implant surfaces by chemical etching treatment with hydrofluoric acid (HF). The impact of incorporating an organic inhibitor on weight loss and the resultant topography was assessed. The treated implants showed a significant surface modification characterized by a micro-rough texture, although with considerable weight loss due to material dissolution. Inclusion of an organic inhibitor proved effective in reducing weight loss without significantly altering the surface morphology. Implants treated with HF and the inhibitor showed a morphology comparable to those treated with HF, but with reduced weight loss. Finally, corrosion behavior in a physiological saline solution was investigated to compare the surface modification states.
Design and characterization of porous titanium scaffolds: an alternative for dental implant
(Springer, 2024-08) Mena Torres, Danaysi; Trueba Muñoz, Paloma; Rodríguez-Albelo, Luisa Marleny; Alcudia Cruz, Ana; García-García, Francisco J.; Navarro González, Paula; Rosa Melián, Julio Ernesto de la; Torres Hernández, Yadir; Química Orgánica y Farmacéutica; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Tecnología Electrónica; Ministerio de Ciencia e Innovación (MICIN). España; Junta de Andalucía; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales; FQM408: Química Farmacéutica Aplicada
The demand for dental implants is increasing, although there is a wide variety of implants currently available in the market, it is necessary to implement improvements in their design and/or the selection of materials used. The development of biomimetic and bioactive Ti scaffolds for bone regeneration is necessary. In this context, this article proposes the design, manufacture and characterization of a porous titanium implant with the aim of eliminating some of the deficiencies found in commercially available titanium implants. Stress-shielding and the lack of osseointegration or bacterial infection are still some limitations to solve. Porous samples were produced using conventional Powder Metallurgy (PM) and the space holder (SH) technique. Ammonium bicarbonate particles were used as spacers in size ranges of 100-200 μm. The porosity and surface characterization were performed by Archimedes' method and image analysis, while the mechanical behavior was analyzed by micro-mechanical testing. After that, the micromachining protocol of the implant is carried out. Substrates were chemically etched by immersion in fluorhydric acid at different times (15 s; 60 s and 125 s) to achieve a suitable surface roughness with biofunctional balance. Results showed that it is possible to obtain a desired longitudinal gradient. The optimized method described in this work suggests that it is a reasonable candidate for the development of dental implants with a good balance between reduced stress shielding and adequate mechanical strength.
Electrical impedance: an effective technique to detect volumetric and surface microstructural variations in materials
(Springer, 2024-08) Navarro González, Paula; Olmo Fernández, Alberto; Torres Hernández, Yadir; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Tecnología Electrónica; Ministerio de Ciencia e Innovación (MICIN). España; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales; TIC178: Diseño y Test de Circuitos Integrados de Señal Mixta
In this work, a simple protocol based on electrical impedance measures is implemented to detect changes on chemical composition, the microstructure (percentage and size of pores) and the surface modification treatments of metallic implants. The Hewlett-Packard 4395A Agilent impedance analyzer was employed for these measurements. Discs of commercially pure titanium and the titanium alloy Ti35Nb7Zr5Ta were utilized, manufactured through conventional powder metallurgy at different conditions, along with porous discs obtained through the space holder technique. Some of these discs were treated with femtosecond laser to study how surface modifications affect electrical impedance values. Differences were observed in the measurements obtained for each sample, highlighting the significant role of the manufacturing method in their electrical impedance. However, it has been demonstrated that surface treatments notably affect impedance measurements, with greater changes detected in these cases.
Evolution of Extremely Fast Electrical Discharge Sintering of Ti-Al Alloy
(Springer, 2024-08) Urban, Petr; Astacio López, Raquel; Aranda Louvier, Rosa María; Ternero Fernández, Fátima; Cintas Físico, Jesús; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; TEP971: Ingeniería de Materiales Avanzados
In manufacturing processes using powder metallurgical methods, one of the most important and most expensive parts is consolidation and subsequent conventional sintering. Electrical discharge sintering (EDS) is a manufacturing process that converts the two steps of consolidation and conventional sintering into a single step. Additionally, the conventional process can take several hours. In contrast, electric discharge sintering takes about a second. This reduction in manufacturing time by electrical discharge can considerably reduce the costs of powder metallurgical production. In this research project, compacts are manufactured from the Ti-Al alloy through electrical discharge sintering. Throughout the sintering time, the intensity of the electric current, the energy and force applied by the equipment, the pressure suffered by the compact, the electrical resistance, and overall porosity of the compact are evaluated. The porosity of the powder is about 55.6% and the overall porosity of the compact is 16.1%. The result of the overall porosity will be compared using an optical microscope (LM).
Occupational Risk Management for Individuals with Autism Spectrum Disorder: Current Status and Perspectives
(Springer, 2024-08) Torres Álvarez, Mayly; Trueba Muñoz, Paloma; Peralta, Estela; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Ingeniería del Diseño; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales; TEP992: Diseño e Ingeniería
Ergonomic and psychosocial risks in the workplace have become a growing concern in the industry. The lack of management and control can have a significant impact on the health and well-being of workers. Specifically, one of the challenges related to sustainable development goals regarding diversity and equality in the workplace is the inclusion of individuals diagnosed with Autism Spectrum Disorder (ASD). In this context, the present study constitutes a bibliographic review of scientific production related to risk management in work environments involving individuals with autism. The objective is to understand the current state of the topic by characterizing bibliographic records indexed in the Scopus and WOS databases. Microsoft Excel, OriginPro, and VOSviewer were employed for data analysis and visualization. The results indicate that techniques and methods for designing and evaluating occupational risks for populations with special needs are limited. Therefore, developing a methodology for occupational risk management that incorporates responsible and inclusive practices regarding individuals with ASD emerges as a promising avenue for research.
Essential properties in toys for children with autism: analysis of materials and manufacturing processes
(Springer, 2024-08) Cañete Yaque, Raquel; Picardo Pérez, Alberto; Trueba Muñoz, Paloma; Torres Hernández, Yadir; Peralta, Estela; Ingeniería del Diseño; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Universidad de Sevilla; TEP992: Diseño e Ingeniería; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales
The selection of materials and manufacturing processes holds a profound influence on the sensory and perceptual experiences children derive from toys, shaping their overall interaction with the product. It is imperative for toys to not only entertain but also contribute positively to the holistic development of a child's personality. This significance becomes even more pronounced when designing toys for children with autism spectrum disorder, as their unique sensory responses diverge from those of typically developing children. The careful selection of materials and manufacturing techniques assumes a direct role in conveying specific characteristics and properties that make the product suitable, appealing, and effective for this particular group of users. The exploration in the existing scientific literature regarding the essential material properties of toys is very limited, especially those designed for children with autism. This study aims to investigate the primary material attributes to consider in the design of toys for autism. Employing a thorough bibliographical investigation, it establishes the most common materials and manufacturing processes when designing toys; it determines the main material qualities in toys for autism and carries out a material analysis for this purpose using the software Granta Edupack. The findings are later applied in a case study.
Set-up of amorphous powder sintering process by means of electrical discharge of capacitors
(Springer, 2024-08) Aranda Louvier, Rosa María; Urban, Petr; Astacio López, Raquel; Ternero Fernández, Fátima; Gómez Cuevas, Francisco de Paula; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; TEP971: Ingeniería de Materiales Avanzados
The technique of sintering by electrical discharge of capacitors (SEDC) is investigated, using a commercial stud welding equipment adapted to be used in the sintering of amorphous powders. In this technique, pressure and the heat generated by the Joule effect from the high intensity electric current are applied simultaneously to a mass of powder. The use of this technique lies in its speed, in order to be able to maintain the initial structure of the powders. For the set-up of the equipment, it is analyzed how successive discharges affect, depending on the starting particle size, the porosity, microstructure, microhardness and resistivity of compacts generated from Metglas powders. It will be shown how successive discharges lead to improved sintering. Thus, starting from an initial porosity of 0.35, with powders of 64 μm, the porosity after the first 5 discharges decreases to 0.05 and after 35 discharges the final porosity decreases to 0.008. After sintering, these compacts reach microhardness values of up to 865 HV1 and the electrical resistivity of the powder mass decreases from 2.94 × 10⁻⁵ to 7.78 × 10⁻⁷ Ω-m.
Evaluando el aprendizaje con cuestionarios técnicos previos en la enseñanza teórica en ingeniería
(Dykinson, 2024) Rosa Sainz, Ana; Beltrán, Ana M.; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales
Los principales objetivos de este trabajo son:  Evaluar el conocimiento previo: determinar de manera sistemática cuánto saben los estudiantes antes de cada clase sobre los temas específicos de la asignatura donde se aplica.  Personalizar la enseñanza: ajustar el contenido y el enfoque de las clases según los resultados de los cuestionarios previos, de modo que se adapte a las necesidades individuales de los estudiantes.  Incentivar la participación activa: estimular la participación activa de los estudiantes al utilizar los cuestionarios previos como punto de partida para debates y actividades de aprendizaje en el aula. Fomentar la autorregulación: ayudar a los estudiantes a desarrollar habilidades de autorregulación al requerir que evalúen y gestionen su propio aprendizaje antes de las sesiones. 3. METODOLOGÍA Esta propuesta se aplica en la asignatura Procesos de Fabricación que se imparte en el tercer curso del grado en Ingeniería Electrónica Industrial Esta asignatura pertenece a la rama técnica de los grados en ingeniería y su temario es extenso. Esta asignatura se basa en conocimientos previos del área de conocimiento de ciencia e ingeniería de los materiales, asignatura del segundo curso del grado. La metodología de implementación de cuestionarios anteriores y posteriores en la asignatura es un enfoque pedagógico integral que se centra en la participación activa de los estudiantes y la adaptación continua de la enseñanza. Dado el elevado número de temas que presenta esta asignatura, los cuestionarios se realizan en aquellos principales, para poder cumplir la programación docente. La figura 1 indica los tres puntos fundamentales en los que se basa la metodología: 1. Diseño de cuestionarios, 2. Análisis de los resultados y 3. Seguimiento de resultados.
Ciclo de mejora en Ingeniería de la Prevención de Riesgos Laborales
(Universidad de Sevilla, 2021) Montealegre-Meléndez, Isabel; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; TEP123: Metalurgia e Ingeniería de los Materiales
En este trabajo se presenta el Ciclo de Mejora en el Aula (CIMA) realizado para la asignatura de Ingeniería de la Prevención de Riesgos Laborales (IPRL), del Grado en Ingeniería Mecánica en el 4º curso, siendo una asignatura obligatoria y que también se da de forma transversal en el Doble Grado en Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Mecánica y el Doble Grado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto e Ingeniería Mecánica. Esta asignatura es impartida por el departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Debido a las limitaciones causadas por la pandemia, la parte teórica de la asignatura ha sido impartida de forma telemática desde el comienzo del curso 2020/2021; sin embargo las prácticas de laboratorio si se han realizado presencialmente. En el ciclo se ha trabajado con un alto número de estudiantes (111 alumnos matriculados); la cifra ha sido más elevada en comparación con años anteriores que rozaban los 80 estudiantes en un único grupo. Este hecho ha resultado un gran reto para la aplicación del CIMA. La profesora que lo ha llevado a cabo, lleva al frente de esta materia desde el comienzo de la aparición del Grado de Mecánica. Es importante destacar el bajo número de alumnos repetidores en esta materia (2 alumnos). Con ello se pone de manifiesto el contexto de la asignatura donde existe una gran ratio de alumnos-docente. Hay que destacar que el contenido de la asignatura (temario) consta de 5 Bloques temáticos. El CIMA realizado fue en el Bloque 2 correspondiente a la parte de la temática de Seguridad en el Trabajo; comprendiendo 5 temas de este segundo bloque.
Determinación de diagramas de fases a partir de las curvas de energía libre-composición
(Universidad de Sevilla, 2020) Ternero Fernández, Fátima; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
Desarrollo de una página web sobre materiales como recurso docente para la realización de prácticas virtuales en los grados de ingenierías
(Dykinson, 2023) Ternero Fernández, Fátima; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
El acero valyrio, desde la fantasía y la ciencia ficción
(Dykinson, 2023) Ternero Fernández, Fátima; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
Una herramienta Excel para el cálculo de diagramas de fases en equilibrio de aleaciones binarias de dos fases
(Dykinson, 2023) Ternero Fernández, Fátima; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte

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