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DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE MATERIALES DIDÁCTICOS PARA APOYAR LA
LICENCIATURA EN INGENIERÍA MECÁNICA
Javier Jiménez García
Facultad de Estudios Superiores Aragón. Centro Tecnológico Aragón. México DF.
Avenida Rancho Seco S/N, Colonia Impulsora, Nezahualcóyotl, Estado de México
E-mail: [email protected] Tel. 56230960, Fax 56230864
RESUMEN
En este trabajo se propone el diseño y producción de materiales didácticos, como áreas de
oportunidad, para apoyar la asignatura de Tribología, materia obligatoria de la
especialización de diseño, recién incorporada a los Planes de Estudio de las ingenierías.
Considerando dos objetivos: primero fortalecer la currícula del ingeniero aragonés,
mediante la elaboración de los apuntes de la asignatura, la generación de protocolos de
prácticas y manuales en las temáticas afines (fricción, desgaste, lubricación), promoviendo
la actualización, impartiendo y organizando conferencias y cursos, con base en las
necesidades y estilos de aprendizaje del alumnado; y segundo, avanzar hacia el desarrollo
de entornos educativos generando escenarios alternativos de enseñanza – aprendizaje que
posibilite el desarrollo de competencias en el campo de la tribología.
Palabras clave: Didáctica. Tribología.
ABSTRACT
The design and production of teaching materials, as areas of opportunity, to support the
subject of Tribology, obligatory matter of the specialization of design, newly incorporated
into the Plans of Study of the engineering’s is proposed in this paper . Considering two
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]
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objectives, first to strengthen the curricula of the Aragonese engineer, through the
elaboration of the notes of the course, the generation of protocols, practices and manuals on
related subjects (friction, wear, lubrication), promoting the update, teaching and organizing
conferences and courses, based on the student’s learning needs; and second, to advance
towards the development of educational environments, generating an alternative scenarios
of teaching / learning allowing the development of competences in the field of Tribology.
Key Words: Didactics. Tribology.
INTRODUCCIÓN
Con base en la modificación del Plan de Estudios de la carrera en ingeniería Mecánica de la
FES Aragón (2007), es imprescindible el diseño y la producción de materiales didácticos,
que cubran los nuevos programas tanto de las materias obligatorias, optativas, así como de
especialización, que no existían en el plan anterior. Con el aporte primordial de que el
alumnado cuente con la incorporación de contenidos actualizados y las referencias de
nuevos desarrollos en investigación, para estar a la vanguardia de los principales avances
científicos y tecnológicos que tienen lugar en las diversas disciplinas que conforman las
carreras profesionales.
Por ello, se plantea el diseño y producción de herramientas didácticas, como áreas de
oportunidad, para apoyar la asignatura de Tribología, materia obligatoria de la
especialización de diseño, recién incorporada al plan de estudios. Con un doble objetivo,
primero fortalecer la currícula del ingeniero aragonés, debido al impacto tecnológico y
ambiental que esta ciencia tiene, ya que incide directamente en la formación profesional de
nuestros egresados en áreas de interés prioritario para el sector productivo nacional, como
son: el diseño de maquinaria, la fabricación, el diagnóstico, el control de calidad y el
mantenimiento proactivo; y segundo, ser la punta de lanza para que se genere un programa
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de actualización permanente de material didáctico en las demás áreas constitutivas del plan
de ingeniería Mecánica.
Así, se contempla elaborar, publicar y difundir los apuntes de la asignatura de “Tribología”;
instrumentar y generar protocolos de prácticas en las temáticas afines (fricción, desgaste y
lubricación), y facilitar la actualización de los docentes, impartiendo y organizando
conferencias y cursos de interacción de alumnos y profesores, todo ello con la finalidad de
fortalecer los procesos de enseñanza y de aprendizaje. Con lo cual se dará respuesta a la
currícula de ingeniería y al perfil de egreso planteado en el diseño de los nuevos Planes de
Estudio de las ingenierías en la Facultad de Estudios Superiores Aragón.
Cabe destacar que el proyecto beneficiará el desarrollo de competencias de los alumnos y
alumnas en el campo profesional, ya que esta temática es transversal e impacta
directamente en las asignaturas de Ciencia y Tecnología de Materiales, Diseño de
elementos de máquinas, Introducción al estudio de los mecanismos, Conformado de
Materiales, Procesos de corte de Materiales, Diseño de Herramental, Diseño mecánico y
Vibraciones mecánicas.
JUSTIFICACIÓN
La tribología es un campo de investigación y de aplicación, relativamente nuevo, poco
conocida por los no especialistas, que implica una interdisciplinaridad estrecha entre
físicos, químicos, hidrodinámicos y sobre todo ingenieros, teniendo un desarrollo
considerable en el transcurso de las últimas décadas.
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Desarrollo que se ha visto impulsado por la complejidad y la creciente sofisticación de la
ingeniería de los sistemas utilizados en múltiples sectores (transporte, espacio, robótica,
tecnologías médicas).
Hecho que ha obligado a los involucrados a centrar sus investigaciones en comprender y
mejorar el comportamiento tribológico de los materiales, ya que son especialmente
importantes en términos de seguridad, fiabilidad consecuentes y sobre todo para el ahorro
de energía.
Así, en la actualidad se estudia y analiza tanto la resistencia que presentan los diferentes
tipos de materiales con base en la fricción y el desgaste resultante por su interacción, así
como la optimización de los rendimientos de la transmisión de potencia por los sistemas
mecánicos y la lubricación compleja e indispensable que necesitan, constituyendo así a la
tribología como una disciplina científica y tecnológica especializada.
Por ello, es fundamental que nuestro alumnado cuente con la incorporación de contenidos
actualizados y las referencias de nuevos desarrollos en investigación, para estar a la
vanguardia de los principales avances científicos y tecnológicos que tienen lugar en las
diversas disciplinas que conforman las carreras profesionales.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Debido a que en los Planes de Estudio de las carreras de ingeniería mecánica, eléctrica e
industrial, de la FES - Aragón que se tenían desde su inicio, no contemplaban una
asignatura específica denominada tribología, ni se tenían líneas de investigación en dicho
campo, los alumnos egresados no desarrollaron sus competencias en aspectos tan
relevantes como es el estudio de materiales tribológicos, teniendo un desconocimiento de
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cómo reducir las cuantiosas pérdidas económicas por el inadecuado manejo de materiales
en el diseño de sistemas mecánicos.
Afortunadamente con la actualización de los planes de estudio de las ingenierías, que ya
contemplan a la tribología como una asignatura de especialización, se podrá abordar dicha
temática.
Con lo cual se dará respuesta a la currícula de ingeniería y al perfil de egreso que se
planteó en el diseño de los nuevos Planes de Estudio de las ingenierías en la Facultad de
Estudios Superiores Aragón.
OBJETIVO GENERAL
Mejorar los procesos de enseñanza y aprendizaje de la Licenciatura en Ingeniería Mecánica
a través del diseño y producción de herramientas didácticas, que generen líneas de
investigación, con la participación directa de alumnos, alumnas y profesores.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Fortalecer el trayecto formativo de la Licenciatura en Ingeniería Mecánica debido al
impacto tecnológico y ambiental que tiene la tribología en áreas de interés
prioritario para el sector productivo nacional
Facilitar el aprendizaje por parte del alumnado, incentivados por el uso de
publicaciones actuales y contenidos didácticos innovadores
Robustecer la formación de recursos profesionales a partir del entendimiento teórico
del fenómeno, la investigación descriptiva y experimental
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Generar un programa de servicio social acorde con las labores de investigación del
campo tribológico
Avanzar hacia el desarrollo de entornos educativos generando un escenario
alternativo de enseñanza – aprendizaje que posibilite al alumnado el desarrollo de
competencias en el campo de la tribología
HIPÓTESIS O SUPUESTOS
La tribología es un campo de investigación y de aplicación, relativamente nuevo, poco
conocida por los no especialistas, que implica una interdisciplinaridad estrecha entre
físicos, químicos, hidrodinámicos y sobre todo ingenieros, teniendo un desarrollo
considerable en el transcurso de las últimas décadas.
Desarrollo que se ha visto impulsado por la complejidad y la creciente sofisticación de la
ingeniería de los sistemas utilizados en múltiples sectores (transporte, espacio, robótica,
tecnologías médicas), obligando así a los involucrados a centrar sus investigaciones en
mejorar el comportamiento tribológico de los materiales, ya que son especialmente
importantes en términos de seguridad, fiabilidad consecuentes y sobre todo para el ahorro
de energía, (Jiménez, J., 2013).
Por otro lado, los avances de la tribología se deben igualmente a la emergencia de
herramientas tecnológicas cada vez más especializados en su análisis y a la manipulación
de la materia, como son: la deposición de las películas finas, la formulación de los
lubricantes, espectrografía, plasmas de alta energía, entre otros, (Jiménez, J., 2008).
Así, en la actualidad se estudia y analiza tanto la resistencia que presentan los diferentes
tipos de materiales con base en la fricción y el desgaste resultante por su interacción, así
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como la optimización de los rendimientos de la transmisión de potencia por los sistemas
mecánicos y la lubricación compleja e indispensable que necesitan, constituyendo así a la
tribología como una disciplina científica y tecnológica especializada.
MARCO TEÓRICO
La tribología es una ciencia, rama de la mecánica clásica, que estudia la relación entre
fenómenos de desgaste, fricción y lubricación y de cómo estos interactúan en beneficio o
en contra del correcto funcionamiento de los equipos y componentes de maquinarias.
Sin duda alguna, en la interacción entre dos superficies aparecen diversos fenómenos cuyo
conocimiento es de vital importancia. El primero de ellos, la fricción, que proviene de la
existencia de fuerzas tangenciales que aparecen entre dos superficies sólidas en contacto
cuando permanecen unidas por la existencia de esfuerzos normales a las mismas. El
segundo, desgaste, es la desaparición de material de la superficie de un cuerpo como
consecuencia de la interacción con otro cuerpo y el tercero, la lubricación, que son las
sustancias aplicadas a las superficies de rodadura, deslizamiento o contacto de las máquinas
para reducir el rozamiento entre las partes móviles.
Cabe destacar que estos tres fenómenos están siendo ampliamente estudiados por las
comunidades científicas mundiales, ya que con base en estudios recientes, las pérdidaseconómicas que sufre un país industrializado por problemas tribológicos y a la corrosión
de los materiales, alcanzan el 4,5 % del Producto Nacional Bruto, (Bharat, G., 2009).
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Asimismo en el campo energético, se estima que en EE.UU. un 11% de la energía total
consumida en cuatro grandes sectores: transportes, turbo máquinas, generadores de
potencia y procesos industriales, pueden ser ahorrados introduciendo avances tribológicos.
Es importante mencionar que el estudio tribológico de materiales, no sólo contribuirá a
reducir las grandes pérdidas económicas que se presentan en los sectores automotriz,
aeroespacial y en general en los constructores de maquinaria, sino que también permitirá
salvaguardar el medio ambiente, ya que al utilizar materiales más confiables y duraderos se
reducirá el consumo de materias primas y la utilización de lubricantes altamente
contaminantes, que se descargan libremente al medio ambiente ocasionando un daño
ecológico irreversible (Jiménez, J., 2008).
METODOLOGÍA
Como estrategias metodológicas a desarrollar se plantean los siguientes puntos:
Investigación documental de la relación que existe entre fenómenos de desgaste,
fricción y lubricación del campo tribológico y de cómo estos interactúan en
beneficio o en contra del correcto funcionamiento de los equipos y componentes de
maquinarias.
Generar líneas de investigación a través de la participación directa de profesores y
alumnos con el diseño de tesis.
Implementar el trabajo colaborativo con los profesores de las diferentes áreas
involucradas de las ingenierías.
Lograr la asignación de becas para alumnos que participen en el proceso de
investigación.
Gestionar la participación de conferencistas para el enriquecimiento y
retroalimentación de los aspectos teóricos prácticos.
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Actualización a través de cursos y diplomados relacionados con la temática
abordada.
Promoción de la investigación en el campo tribológico, mediante folletos, trípticos,
carteles y cápsulas informativas.
Generar redes estratégicas para establecer alianzas con instituciones afines a la
temática tribológica.
Asistencia y participación a congresos nacionales e internacionales sobre el campo
descrito.
Generar los apuntes de la asignatura tribología de especialización con base en el
programa propuesto para su desarrollo.
Promover la difusión a nivel interno y externo de los avances logrados en el campo
tribológico.
HALLAZGOS Y AVANCES SIGNIFICATIVOS
Con base en la metodología de la investigación propuesta, se obtuvieron los siguientes
hallazgos y avances y significativos:
Investigación documental del campo tribológico con las siguientes fuentes de
información: libros, artículos, monografías, tesis, documentos, trabajos de
investigación presentados en conferencias, congresos y seminarios.
Colaborar con la planta docente de la FES Aragón en el área de las ingeniería para
impartir la asignatura de Tribología en la especialización de diseño.
Ela borar el 50% de los apuntes de la asignatura de “Tribología”, con base en los
contenidos temáticos del programa.
Generación del protocolo de dos nuevas prácticas en las temáticas afines (fricción y
desgaste).
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Difusión de la temática de tribología a alumnos y docentes mediante conferencias,
trípticos, carteles y capsulas informativas en la página WEB de la FES Aragón del
CTA.
Desarrollar temas de tesis referentes al campo de estudio tribológico.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Programa de Apoyo a Proyectos para la Innovación y Mejoramiento de la
Enseñanza, PAPIME PE100614, UNAM, por el financiamiento y apoyo brindado para la
realización de este proyecto.
APARATO CRÍTICO
(1) Jiménez, J., (2013). “Tribology and Proactive Maintenance”. XII Inter – American
Conference on Materials Technology”. Cozumel, MEXICO. May 20-28.
(2) Jiménez, J., (2012). “Tribology and Lubrication”, International Conference on
Mechanical Engineering. Advanced Technology for Industrial Production. 9 th Congress
in Florencia, Italia. December 3-11.
(3) Jiménez, J., (2011). “Tribological study of nylon”. International Conference on
Mechanical Engineering. Advanced Technology for Industrial Production. 8 th Congress
in Roma, Italia. December 4-11.
(4)
Bharat, Gupta. (2009). Handbook of Tribology. McGraw-Hill.
REFERENCIAS
(1)
Jiménez, J., (2003). “Desing of Tribological Machine”, Inter. – American Conference
on Materials Technology, Cozumel, México. Octubre 2 – 7.
(2) Friction and Wear Testing, (1997). Source Book: Selected References from ASTM
Standardsand ASM Handbooks. 1997. P. 47.
(3) Jiménez, J., and Grinberg, A., (1994). Efecto de los tratamientos Térmicos sobre la
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resistencia al desgaste por fricción en una aleación de aluminio termotratable".
Memorias del IV Congreso en Ciencia de Materiales. Cancún, Quintana Roo, México.
Ponencia M-29. Septiembre 26-30.
(4)
Jiménez, J., and Barba, A., (1993). "Estudio tribológico de Zinalco" Memorias del I
Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica. Madrid, España. ed., p. 308-312.
Septiembre 6-9.
(5) Zum, K., (1987). “Microstructure and wear of materials”, Institute of Materials
technology. University of Siegen., Elsevier Science Publisher B. V. New York.