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-= CAPÍTULO 22: CONCEPTOS DE DISEÑO BASADOS EN CONSIDERACIONES Y METODOLOGÍAS DE BAJA HUELLA DE CARBONO, FACILIDAD DE SEGREGACIÓN Y RECUPERACIÓN =
+= 1 - SELECCIÓN DEL MATERIAL =
-−
-==1 - SELECCIÓN DEL MATERIAL==
 Hasta hace poco y aún hoy en día, la elección del material a utilizar en una pieza se ha basado mayormente en dos variables: por una parte, en el cuaderno de especificaciones del componente y, por otra parte, en el precio del material. La integración de criterios basados en análisis de ciclo de vida (ACV, detallado en el capítulo xx) para el uso de materiales con menor impacto ambiental será clave para aumentar la circularidad en el proceso de diseño de componentes basados en composites.
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 La reciclabilidad, es decir, tener en cuenta el final de vida del producto durante la concepción del mismo, es un factor indispensable en la actualidad. Es necesario integrar diferentes conceptos que faciliten el reciclaje del producto a final de vida, como la minimización del uso de diferentes materiales, priorizando conceptos monomaterial a ser posible. Acciones encaminadas a este objetivo serían la funcionalización de materiales, para que un mismo material pueda aportar más funciones al producto, o funcionalizar el diseño, para reducir el número de piezas.
-==2 - PROCESO DE PRODUCCIÓN ==
+=2 - PROCESO DE PRODUCCIÓN =
 La etapa de producción presenta altos impactos ambientales debido a los consumos energéticos de los procesos y los residuos generados en los mismos. Desde el punto de vista del diseño hay menos áreas de actuación para minimizar estos impactos, sin embargo, hay aspectos que se pueden considerar. Por una parte, diseñar los procesos para conseguir un producto con un conformado próximo a la forma final o ''near net shape'', reduciendo así el número de etapas en la producción, incluyendo los procesos de ensamblado. Por otra parte, hay que intentar diseñar procesos más eficientes, es decir, de menor consumo energético y menor producción de emisiones y residuos. En este último caso, los scraps producidos pueden reutilizarse de forma continua reintroduciéndolos en el proceso, práctica ya bastante extendida por ejemplo en el moldeo por inyección.
-==3 - DISEÑO DE COMPONENTE==
+=3 - DISEÑO DE COMPONENTE=
 Las decisiones tomadas en las etapas tempranas del diseño y desarrollo de un producto tienen que estar orientadas a minimizar el impacto ambiental a lo largo de su ciclo de vida y fundamentalmente deben de tener en cuenta:
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 ** Diseño de los utillajes.
-===3.1 - OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA===
+==3.1 - OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA==
 Es una metodología que lleva implantada desde hace años, pero que requiere de mayor recorrido para desarrollarse. Apoyado en la inteligencia artificial, puede contribuir a la reducción del impacto ambiental, disminución de la incertidumbre y de los márgenes de seguridad en la concepción del diseño.
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 La combinación de este método con el conocimiento experto en materiales y fabricación, permite a los ingenieros analizar la configuración resultante y exportar el modelo para su posterior análisis estructural y fabricación.
-===3.2 - DISEÑO INTEGRATIVO===
+==3.2 - DISEÑO INTEGRATIVO==
 En el ámbito del desarrollo de productos con materiales compuestos, la simulación computacional para crear un gemelo digital se ha convertido en una herramienta indispensable para evaluar su comportamiento antes de la fabricación. Ha abierto la puerta al uso de materiales composites en aplicaciones históricamente exclusivas para materiales metálicos. Una alta correlación en las simulaciones, es decir, una estrecha similitud entre los resultados de la simulación y el comportamiento real del producto, ofrece una serie de beneficios específicos para este tipo de materiales y la reducción de su impacto ambiental:
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 La reducción del tiempo de desarrollo, la disminución de prototipos, el uso eficiente de materiales y la optimización de la fabricación son solo algunos de los aspectos que la convierten en una herramienta indispensable en la industria de composites actual, permitiendo un desarrollo de productos más eficientes, competitivos y sostenibles, impulsando la innovación y el crecimiento del sector.
-==4 - REDUCCIÓN DEL IMPACTO DURANTE EL USO==
+=4 - REDUCCIÓN DEL IMPACTO DURANTE EL USO=
 Un objetivo importante en la fase de diseño es intentar extender la funcionalidad del producto en el tiempo, tanto a nivel técnico como estético, para evitar lo posible un reemplazo de este.
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 Por otra parte, es favorable también hacer diseños estándar de piezas auxiliares de fabricación u otro tipo de útiles de unión que simplifiquen la búsqueda de reemplazos.
-==5 - CONSIDERACIONES DE FIN DE VIDA EN EL DISEÑO==
+=5 - CONSIDERACIONES DE FIN DE VIDA EN EL DISEÑO=
 Una vez que el ciclo de vida del producto ha llegado a su fin, las decisiones tomadas durante la fase de diseño son críticas para que se pueda llevar a cabo una gestión adecuada del residuo, con el objetivo de valorizar la mayor parte de este.
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 Cuando las opciones de reúso, revalorización y compostaje no sean posibles, se encaminará el residuo a incineración con recuperación de energía. En caso de que cualquiera de las opciones mencionadas no fuera posible, los residuos serán depositados en vertedero. Sin embargo, es necesario evitar esta opción siempre que sea posible, dado que es el final de vida menos deseable desde el punto de vista de sostenibilidad.
-==6 - MARCAJE DE PRODUCTOS E INTEGRACIÓN DE DATOS PARA PASAPORTE DIGITAL ==
+=6 - MARCAJE DE PRODUCTOS E INTEGRACIÓN DE DATOS PARA PASAPORTE DIGITAL =
 Incluir el marcaje de productos puede promover y facilitar el reúso y revalorización de estos. Actualmente existen infinidad de materiales compuestos y combinaciones de estos con otros composites o metales, que complican mucho el proceso de revalorización.
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 Hay que tener en cuenta también que la legislación a nivel europeo pretende implantar el Pasaporte Digital de Producto en los años venideros, por lo que facilitar la captura de datos de los productos será de vital importancia.
-==7 - CONCEPTOS LOGÍSTICOS EN EL DISEÑO==
+=7 - CONCEPTOS LOGÍSTICOS EN EL DISEÑO=
 En el proceso de diseño también se tendrá en cuenta conceptos logísticos como el almacenaje. Por ejemplo, en el caso de piezas voluminosas se tendrá en cuenta que puedan ser apilables, para optimizar el espacio utilizado para almacenaje. La ergonomía de los productos para su manipulación puede también tenerse en cuenta.
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 Otras decisiones de diseño afectarán también a la logística de piezas intermedias, que deben ser almacenadas antes de su ensamblaje. El hecho de diseñar una pieza con procesos near net shape que eviten pasos de ensamblado, o sustituir piezas de diferentes materiales por una única pieza monomaterial, evitará necesidades de almacenaje y hará los procesos de producción más eficientes y sostenibles.
-==8 - EJEMPLO LLEVADO A CABO EN LEARTIKER==
+=8 - EJEMPLO LLEVADO A CABO EN LEARTIKER=
 A continuación, se presenta un ejemplo de ecodiseño llevada a cabo en Leartiker, con un rediseño de la pieza metálica original. Se muestra el proceso de ecodiseño llevado a cabo apoyados en herramientas digitales, para conseguir una pieza más ligera que incorporara diferentes piezas de materiales de origen disimilar en un monomaterial, evitando un ensamblaje intermedio además de la aplicación de un coating.
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 <div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
 '''''Figura 2:''' Proceso de ecodiseño. Fuente: Leartiker''
 </div>

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 * Hay otro tipo de adhesivos que incorporan partículas que pueden expandirse con la temperatura, lo que permite un despegado aplicando un proceso de temperatura controlada. Es una tecnología innovadora que está siendo estudiada actualmente y presenta un potencial para uniones multimaterial.
 * Existe la posibilidad de promover las uniones a través del proceso en combinación con tratamiento superficiales, lo que evita el uso de adhesivos. En este caso hay una variedad de tratamientos dependiendo de los materiales utilizados, como tratamientos de texturizado láser, de plasma o tratamientos químicos. Una vez tratado el sustrato, se promueve la adhesión a través del proceso, utilizando técnicas como el sobremoldeo o la compresión.
 Cuando las opciones de reúso, revalorización y compostaje no sean posibles, se encaminará el residuo a incineración con recuperación de energía. En caso de que cualquiera de las opciones mencionadas no fuera posible, los residuos serán depositados en vertedero. Sin embargo, es necesario evitar esta opción siempre que sea posible, dado que es el final de vida menos deseable desde el punto de vista de sostenibilidad.

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	* Existe la posibilidad de promover las uniones a través del proceso en combinación con tratamiento superficiales, lo que evita el uso de adhesivos. En este caso hay una variedad de tratamientos dependiendo de los materiales utilizados, como tratamientos de texturizado láser, de plasma o tratamientos químicos. Una vez tratado el sustrato, se promueve la adhesión a través del proceso, utilizando técnicas como el sobremoldeo o la compresión.		* Existe la posibilidad de promover las uniones a través del proceso en combinación con tratamiento superficiales, lo que evita el uso de adhesivos. En este caso hay una variedad de tratamientos dependiendo de los materiales utilizados, como tratamientos de texturizado láser, de plasma o tratamientos químicos. Una vez tratado el sustrato, se promueve la adhesión a través del proceso, utilizando técnicas como el sobremoldeo o la compresión.
	Una vez ponderados los procesos de unión y desensamblado de los mismos, la elección de los materiales durante la etapa de concepción del producto será clave para la revalorización, por lo que se deberán elegir materiales reciclables en la medida de los posible, priorizando flujos de material en los que actualmente existan canales de reciclaje. También el uso de materiales compostables en los casos en los que sea posible y tenga sentido, posibilita la valorización de estos residuos en compost.		Una vez ponderados los procesos de unión y desensamblado de los mismos, la elección de los materiales durante la etapa de concepción del producto será clave para la revalorización, por lo que se deberán elegir materiales reciclables en la medida de los posible, priorizando flujos de material en los que actualmente existan canales de reciclaje. También el uso de materiales compostables en los casos en los que sea posible y tenga sentido, posibilita la valorización de estos residuos en compost.
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 * '''Reducción de peso: '''Eliminando material en zonas de baja tensión y redistribuyéndolo en zonas de alta tensión, hasta alcanzar la solución óptima que cumpla con los criterios establecidos, sin aminorar el rendimiento y mejorando su eficiencia estructural. Al reducir la cantidad de material, reduce los costes y minimiza el impacto ambiental asociado a la producción.
 * '''Mayor libertad de diseño:''' Ofreciendo la capacidad para generar formas complejas y orgánicas.
 La combinación de este método con el conocimiento experto en materiales y fabricación, permite a los ingenieros analizar la configuración resultante y exportar el modelo para su posterior análisis estructural y fabricación.
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 * '''Mayor Precisión en la Predicción de Propiedades: '''Las simulaciones pueden predecir con mayor precisión las propiedades mecánicas, térmicas y otras propiedades del producto final, como la resistencia, la rigidez y la resistencia a la fatiga, proporcionando información crucial para el diseño. Los componentes poliméricos exigen una evaluación precisa de su vida útil para garantizar su seguridad, confiabilidad y rendimiento a lo largo del tiempo, buscando alargar la vida útil del producto. Debido a la complejidad de estos materiales, con diferentes estructuras moleculares, aditivos y propiedades, se requiere un conocimiento profundo de su comportamiento para una predicción precisa. La predicción de la vida útil siempre implica un cierto grado de incertidumbre, por lo que es necesario realizar una validación constante de los modelos y pruebas de comparación de los resultados con datos de productos en uso real. La realización de estas pruebas constituye largos tiempos de ensayo, por lo que es cada vez más importante el desarrollo de metodologías aceleradas basadas en técnicas de Machine Learning, que nos ayudan a realizar ensayos en tiempos más cortos y sostenibles desde el punto de vista de consumo energético.
 * '''Optimización de la Fabricación: '''La simulación de proceso puede ayudar a optimizar los procesos de fabricación de composites, como la laminación, el moldeo por inyección y el curado, mediante la identificación y corrección de problemas potenciales. Se pueden predecir y prevenir defectos como la formación de vacíos, la delaminación y las distorsiones, mejorando la calidad del producto final. La simulación puede ayudar también a optimizar el diseño de utillajes específicos para composites antes de su fabricación, reduciendo costos y tiempo de producción. Se pueden identificar y corregir problemas potenciales en la fase de diseño, evitando la necesidad de modificar o rehacer utillajes, mejorando la eficiencia del proceso.
 La reducción del tiempo de desarrollo, la disminución de prototipos, el uso eficiente de materiales y la optimización de la fabricación son solo algunos de los aspectos que la convierten en una herramienta indispensable en la industria de composites actual, permitiendo un desarrollo de productos más eficientes, competitivos y sostenibles, impulsando la innovación y el crecimiento del sector.

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 * '''Optimización al final de la vida útil:''' Facilitar la reutilización, el reciclaje y la valorización de los componentes del producto.
 * '''Diseño modular:''' Promover diseño de componentes modulares de fácil desmontaje y reensamblado, donde la separación de materiales para su correcto tratamiento sea sencilla.
 Esta mejora se puede abordar por una parte desde el diseño clásico, básicamente apoyándose en la experiencia del diseñador. Por otra parte, existen las metodologías avanzadas, en las que se va a centrar este apartado.
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 En el ámbito del desarrollo de productos con materiales compuestos, la simulación computacional para crear un gemelo digital se ha convertido en una herramienta indispensable para evaluar su comportamiento antes de la fabricación. Ha abierto la puerta al uso de materiales composites en aplicaciones históricamente exclusivas para materiales metálicos. Una alta correlación en las simulaciones, es decir, una estrecha similitud entre los resultados de la simulación y el comportamiento real del producto, ofrece una serie de beneficios específicos para este tipo de materiales y la reducción de su impacto ambiental:
 * '''Disminución en la Fabricación de Prototipos y Uso de Materiales: '''La necesidad de construir prototipos físicos se reduce considerablemente, lo que genera un ahorro significativo en costos de materiales, mano de obra y tiempo. Se minimiza el desperdicio de material compuesto, que suele ser costoso y difícil de reciclar, contribuyendo a la sostenibilidad del proceso.
-* '''educción del Tiempo de Desarrollo: '''La detección temprana de errores y problemas de diseño reduce la necesidad de rediseños y modificaciones posteriores, optimizando el tiempo de desarrollo.
+* '''Reducción del Tiempo de Desarrollo: '''La detección temprana de errores y problemas de diseño reduce la necesidad de rediseños y modificaciones posteriores, optimizando el tiempo de desarrollo.
 * '''Mayor Precisión en la Predicción de Propiedades: '''Las simulaciones pueden predecir con mayor precisión las propiedades mecánicas, térmicas y otras propiedades del producto final, como la resistencia, la rigidez y la resistencia a la fatiga, proporcionando información crucial para el diseño. Los componentes poliméricos exigen una evaluación precisa de su vida útil para garantizar su seguridad, confiabilidad y rendimiento a lo largo del tiempo, buscando alargar la vida útil del producto. Debido a la complejidad de estos materiales, con diferentes estructuras moleculares, aditivos y propiedades, se requiere un conocimiento profundo de su comportamiento para una predicción precisa. La predicción de la vida útil siempre implica un cierto grado de incertidumbre, por lo que es necesario realizar una validación constante de los modelos y pruebas de comparación de los resultados con datos de productos en uso real. La realización de estas pruebas constituye largos tiempos de ensayo, por lo que es cada vez más importante el desarrollo de metodologías aceleradas basadas en técnicas de Machine Learning, que nos ayudan a realizar ensayos en tiempos más cortos y sostenibles desde el punto de vista de consumo energético.
 * '''Optimización de la Fabricación: '''La simulación de proceso puede ayudar a optimizar los procesos de fabricación de composites, como la laminación, el moldeo por inyección y el curado, mediante la identificación y corrección de problemas potenciales. Se pueden predecir y prevenir defectos como la formación de vacíos, la delaminación y las distorsiones, mejorando la calidad del producto final. La simulación puede ayudar también a optimizar el diseño de utillajes específicos para composites antes de su fabricación, reduciendo costos y tiempo de producción. Se pueden identificar y corregir problemas potenciales en la fase de diseño, evitando la necesidad de modificar o rehacer utillajes, mejorando la eficiencia del proceso.
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 * Existe la posibilidad de promover las uniones a través del proceso en combinación con tratamiento superficiales, lo que evita el uso de adhesivos. En este caso hay una variedad de tratamientos dependiendo de los materiales utilizados, como tratamientos de texturizado láser, de plasma o tratamientos químicos. Una vez tratado el sustrato, se promueve la adhesión a través del proceso, utilizando técnicas como el sobremoldeo o la compresión.
 Una vez ponderados los procesos de unión y desensamblado de los mismos, la elección de los materiales durante la etapa de concepción del producto será clave para la revalorización, por lo que se deberán elegir materiales reciclables en la medida de los posible, priorizando flujos de material en los que actualmente existan canales de reciclaje. También el uso de materiales compostables en los casos en los que sea posible y tenga sentido, posibilita la valorización de estos residuos en compost.
 Cuando las opciones de reúso, revalorización y compostaje no sean posibles, se encaminará el residuo a incineración con recuperación de energía. En caso de que cualquiera de las opciones mencionadas no fuera posible, los residuos serán depositados en vertedero. Sin embargo, es necesario evitar esta opción siempre que sea posible, dado que es el final de vida menos deseable desde el punto de vista de sostenibilidad.

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