Diseño ligero explicado: sustitución del acero por plástico

En la selección de materiales para sustituir acero por plástico, a menudo se pasa por alto un principio fundamental: el rendimiento del material no debe evaluarse solo por valores absolutos. En realidad, no se compara quién es "más fuerte", sino quién puede soportar más carga y mantener mayor rigidez con el mismo peso. Aquí es donde entran la resistencia específica y la rigidez específica.

Por qué no se puede comparar la resistencia directamente

El acero suele tener una resistencia de 400–1000 MPa, mientras que los plásticos de ingeniería se sitúan entre decenas y unos pocos cientos de MPa. Sin embargo, al considerar la resistencia por unidad de peso, el resultado cambia.

La densidad de los plásticos es de 1,0–1,5 g/cm³, frente a 7,8 g/cm³ del acero. En diseños ligeros, la limitación real es el peso, no solo la resistencia.

Con la misma masa, los plásticos permiten mayor volumen, lo que implica:

• mayor momento de inercia (mejor rigidez);

• mayor área de carga (mejor resistencia).

Por ello, la sustitución del acero por plástico debe basarse en:

• resistencia específica = σ / ρ;

• rigidez específica = E / ρ.

Significado físico

La resistencia específica define la carga máxima por unidad de peso.
La rigidez específica determina la deformación a igual peso, clave en soportes, carcasas y estructuras.

Lógica de selección de materiales

El plástico no es "más fuerte", sino "suficientemente fuerte al ser más ligero". La sustitución no es geométrica, sino estructural.

Ejemplo

Un soporte de 1 kg:

• acero: 0,13 L;

• GF-PA6: 0,74 L.

El aumento de volumen permite nervaduras y refuerzos, logrando igual rendimiento con una reducción de peso del 60–70%.

Conclusión

La sustitución del acero por plástico se basa en un mejor rendimiento específico, no en imitar el acero.