simulaciÓn computacional de un ensayo dinÁmico …

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DE UN ENSAYO DINÁMICO

PARA EL USO DOCENTE EN LOS LABORATORIOS DE LA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA DE LA UNIVERSIDAD

CENTRAL DE VENEZUELA

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

Por los bachilleres.

Pimentel R., Diana M.

Romero C., Carlos E.

Para optar al Título de

Ingeniero Mecánico

Caracas, Junio 2014

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DE UN ENSAYO DINÁMICO




Tutor Académico: Prof. Didier Bermúdez.

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

Por los bachilleres.

Pimentel R., Diana M.

Romero C., Carlos E.

Para optar al Título de

Ingeniero Mecánico

Caracas, Junio 2014

iv

DEDICATORIA

A mis padres, con todo mi cariño y mi amor a las dos personas que hicieron todo en

la vida para que yo pudiera lograr mis sueños, ya que creyeron en mí y me sacaron

adelante, dándome ejemplos dignos de superación y entrega, en gran parte gracias a

ustedes, hoy puedo ver alcanzada mi meta, gracias por darme una carrera para mi futuro.

Por enseñarme que la vida sin amor no tiene significado, por estar siempre a mi

lado y darme su apoyo incondicional, por mostrarme el valor de la amistad y la familia.

Mi triunfo es el de ustedes

Diana Pimentel.

v

DEDICATORIA

A mi madre que siempre estuvo a mi lado brindándome a cada momento que lo

necesitaba, una palabra de aliento, por todo ese apoyo, no solo en la carrera universitaria

sino durante toda mi vida, por todas aquellas cosas que solo una madre es capaz de hacer

para ver a su hijo feliz.

En cada triunfo de mi vida usted es la persona más importante.

Carlos Romero

vi

AGRADECIMIENTOS

De manera muy especial quiero agradecer a mi hermano y a toda mi familia, por su

apoyo y la confianza que depositan en mí, son todo el pilar de mi vida, gracias por estar

conmigo en los momentos felices así como en los más difíciles, gracias por ser mi familia

Agradezco a mi Tutor, el Prof. Didier Bermúdez, por darnos la oportunidad de

trabajar con usted, por su confianza y su apoyo incondicional en nuestra tesis, su

dedicación con nosotros y enseñarnos a trabajar con excelencia y con una gran ética, que

formarán parte importante en mi futuro profesional.

A mis amigas que más que amigas son mis hermanas, gracias por siempre creer en

mí y apoyarme. Les doy gracias por estar en mi vida.

A mis amigos que estuvieron conmigo toda mi carrera, con los cuales hoy en día

formamos una gran amistad, gracias por creer en mí y haber hecho de mi etapa

universitaria un trayecto de vivencias que nunca olvidare.

Diana Pimentel

vii

AGRADECIMIENTOS

A Dios por haberme dado una vida feliz y plena, llena de grandes experiencias

junto a personas excelentes de las que he aprendido mucho y seguiré aprendiendo por ser

quien soy hoy y seré mañana, por tener esas raíces tan particulares y por ser un orgulloso

venezolano.

A mi querida madre por siempre creer en mí, siempre darme ese apoyo tan

incondicional, tener gran paciencia y constancia conmigo y con mi hermano, por haber

superado tantos obstáculos y darnos a mí y a mi hermano una vida llena de momentos

inolvidables, por ser más que una madre mi amiga, por ser la persona más bella de este

mundo. Gracias Madre.

A mi hermano por apoyarme siempre, por siempre darme buenos consejos, por ser

un compañero fiel e infalible, por enseñarme a compartir todo en la vida.

A mi padre por enseñarme las cosas buenas y malas de la vida y por ser más que mi

padre un buen amigo.

A Neyla por elegirme todos los días para estar a su lado, por esas experiencias

únicas e inolvidables, por darme ese apoyo tan hermoso, único e incomparable, por ser mi

mejor amiga, estar conmigo en todo momento que necesité, motivarme a superarme, a

hacer las cosas bien hechas, por ser el gran amor de mi vida.

A mi prima hermana Bárbara, por quererme de esa manera tan especial,

aconsejarme, por todas esas experiencias que me ensañaron a tener ética profesional, ser

responsable, ser puntual y a dar todo por la familia.

A mi abuela Rafaela por esos consejos tan particulares, por leerme la cartilla cada

vez que me descarrilaba, porque sé que en todo momento le ha pedido a Dios cosas buenas

para mí

A mi abuela Mercedes por desearme siempre lo mejor, por inculcar tan buenos

valores a mi padre y a mis tíos que de alguna manera los he aprendido también, porque sé

que te vas a mejorar y superar este momento tan difícil.

viii

A mi Tío David y a mis Tías Edita, Del Valle y Nancy, por ser tan fieles en cada

momento importante de mi vida, por ser tan excelentes personas conmigo apoyarme,

aconsejarme y enseñarme buenos valores.

A mi Tío Ramón (Moncho)

A mi familia

A mi compañera de tesis Diana, por haberme elegido y haberme dado su confianza

para realizar este trabajo, por su paciencia, comprensión, esfuerzo.

A mi compadre, casi-hermano Vladimir

A mis amigos Manuel (Osi), Osmar, Gabo, Arturo, Irina, Carmen

A los Perros de agua Rafael, Gabo, Marvin, Came, Osi, Blanca, Nico

Al Profesor Didier, por darnos la oportunidad y confiar en nosotros para realizar

este trabajo, por todo el apoyo que tuvimos en todo momento, por enseñarnos a trabajar

con excelencia.

A la Universidad Central de Venezuela

A los estudiantes, preparadores, técnicos y profesores que colaboraron con este

proyecto de investigación.

ix

Pimentel R. Diana M.

Romero C. Carlos E.

SIMULACIÓNCOMPUTACIONAL DE UN ENSAYO DINÁMICO




Tutor Académico: Didier Bermúdez. Tesis. Caracas. U.C.V. Facultad de Ingeniería.

Escuela de Ingeniería Mecánica. Ingeniero Mecánico. 2014. 195 páginas.

Palabras claves: Fatiga, ANSYS, Diseño Conceptual, Laboratorio, AISI 1020.

Resumen. En el laboratorio de Mecánica de sólidos II, de la escuela de Ingeniería

Mecánica de la Universidad Central de Venezuela, se observó una carencia de recursos

para la realización del ensayos de fatiga, lo que ocasionó que los alumnos tengan que

trasladarse a la Escuela de Metalúrgica y Ciencia de los Materiales y realizar una visita

demostrativa donde se explica cómo se hace el ensayo de fatiga más no ejecuta dicha

práctica. Este trabajo especial de grado brinda una solución a este problema a través de la

implementación de modelos computacionales que simulan el ensayo de fatiga. Para lograr

nuestro objetivo, se hizo un estudio exhaustivo en el levantamiento de información

mediante la implementación de técnicas de diseño conceptual y del proceso de mejora

continua. Para la realización de la simulación computacional se utilizó el programa

ANSYS con una base de datos obtenida previamente de un trabajo de investigación, en el

cual se usó un acero AISI 1020. Luego de realizar esta simulación se creó una presentación

utilizando la herramienta Prezi y un tutorial para el manejo básico del programa a utilizar y

además se modificó el formato de la práctica, todo esto con el fin de ofrecer a los

preparadores de la asignatura herramientas alternativas que contribuyan a mejorar el

proceso de enseñanza-aprendizaje de los estudiantes de dicha asignatura y finalmente

entregar nuestro aporte a la Escuela de Ingeniería Mecánica.

x

Pimentel R. Diana M.

Romero C. Carlos E.

COMPUTER SIMULATION OF A DYNAMIC TEST FOR THE

EDUCATIONAL USE IN LABORATORIES OF THE MECHANICAL

ENGINEERING SCHOOL OF THE UNIVERSIDAD CENTRAL DE

VENEZUELA

Academic tutor: Didier Bermúdez. Thesis. Caracas. U.C.V. Faculty of Engineering.

School of Mechanical Engineering. Mechanical Engineer. 2014. 195 pages.

Keywords: Fatigue, ANSYS, Conceptual Design, Laboratories, AISI 1020.

Abstract. In the laboratory of Solid Mechanics II, School of Mechanical Engineering at

the Universidad Central de Venezuela, a lack of resources for the completion of the fatigue

tests was observed, resulting in students having to go to the School of Metallurgy and

Materials Science and perform a demonstration visit that explains how to do the fatigue

test but not how to execute the practice. This degree thesis provides a solution to this

problem through the implementation of computational models that simulate the fatigue

test. To achieve our goal, a detailed study was made in the gathering of information by

implementing techniques of conceptual design and process of continuous improvement.

For the accomplishment of computer simulation, the program ANSYS was used with a

database previously obtained from a research in which an AISI 1020 steel was used.

Having done this simulation, a presentation and a tutorial for the basic management of the

program to use for the practice was created using the Prezi tool and also the format of the

practice was changed, all this in order to offer cathedra´s preparers alternative tools to help

improve the teaching-learning process of students of this cathedra and finally provide our

contribution to the School of Mechanical Engineering

xi

Índice

DEDICATORIA.......................................................................................................................................... IV

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................................... VI

RESUMEN ................................................................................................................................................. IX

ABSTRACT ................................................................................................................................................. X

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................................................... XIV

ÍNDICE DE GRÁFICOS ...........................................................................................................................XV

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................. XVII

ÍNDICE DE ANEXOS ............................................................................................................................ XVII

INTRODUCCIÓN......................................................................................................................................... 1

CAPITULO I ................................................................................................................................................. 3

EL PROBLEMA ........................................................................................................................................... 3

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................................ 3

1.2 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................... 4

1.3 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 4

1.3.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................................................... 4

1.5 ANTECEDENTES ................................................................................................................................. 7

CAPITULO II ............................................................................................................................................. 10

MARCO TEÓRICO .................................................................................................................................... 10

2.1 RESEÑA HISTÓRICA ......................................................................................................................... 10

2.1.1 UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA ............................................................................... 10

2.1.2 FACULTAD DE INGENIERÍA ........................................................................................................ 11

2.1.3 ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ...................................................................................... 12

2.1.4 MECÁNICA DE SÓLIDOS II ........................................................................................................... 13

2.1.5 LABORATORIO DE MECÁNICA DE SÓLIDOS II ........................................................................ 14

2.2.1 CURVAS S-N ................................................................................................................................... 18

2.3 INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN ........................................................... 20

2.3.1 ENCUESTAS .................................................................................................................................... 20

2.3.2 ENTREVISTAS ................................................................................................................................ 21

2.4 MÉTODOS DE DISEÑO CONCEPTUAL ........................................................................................... 23

2.4.1 TORMENTA DE IDEAS .................................................................................................................. 23

2.4.2 DIAGRAMA CAUSA-EFECTO O ISHIKAWA ............................................................................... 24

2.4.3 MATRIZ DE PUGH .......................................................................................................................... 26

2.5 SIMULACIÓN ..................................................................................................................................... 27

2.5.1 TIPOS DE SIMULACIÓN ................................................................................................................ 27

2.5.2 ETAPAS DE UN ESTUDIO DE SIMULACIÓN .............................................................................. 28

xii

2.5.3 MODELOS DE SIMULACIÓN ........................................................................................................ 30

2.5.4 EL SIMULADOR POR COMPUTADORA ....................................................................................... 31

2.6 ANSYS................................................................................................................................................. 31

2.6.1. PREPROCESADOR .......................................................................................................................... 32

2.6.2. SOLUCIÓN ....................................................................................................................................... 32

2.6.3. POST-PROCESADOR ...................................................................................................................... 32

CAPITULO III ............................................................................................................................................ 33

MARCO METODOLÓGICO ...................................................................................................................... 33

3.1 FASE 1: DETERMINACIÓN DE LAS NECESIDADES Y SITUACIÓN ACTUAL ........................... 33

3.1.1 SITUACIÓN ACTUAL ..................................................................................................................... 33

3.1.2 BENEFICIOS DE UN ENSAYO DE FATIGA. ................................................................................. 35

3.1.3 ACEPTACIÓN DEL PROBLEMA.................................................................................................... 35

3.1.4 ENCUESTAS .................................................................................................................................... 36

3.1.4.1 ENCUESTAS A PROFESORES, PREPARADORES Y JEFES DE DEPARTAMENTO. .............. 36

3.1.4.1.2 INSTRUMENTO PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS ........................................................ 37

3.1.4.1.2 FORMATO DE LAS ENCUESTAS A LOS PROFESORES, PREPARADORES Y JEFES DE

DEPARTAMENTO. ................................................................................................................................... 38

3.1.4.1.3 RESULTADOS DE LAS ENCUESTAS A LOS PROFESORES, PREPARADORES Y JEFES DE

DEPARTAMENTO. ................................................................................................................................... 39

3.1.4.2 ENCUESTAS A LOS ESTUDIANTES .......................................................................................... 50

3.1.4.2.1 INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS ...................................................... 50

3.1.4.2.2 FORMATO DE LAS ENCUESTAS A LOS ESTUDIANTES. .................................................... 51

3.1.4.2.3 RESULTADOS DE LAS ENCUESTAS A LOS ESTUDIANTES. .............................................. 51

3.1.5 ENTREVISTAS ................................................................................................................................ 57

3.1.5.1 SELECCIÓN DE PERSONAS A SER ENTREVISTADAS ........................................................... 57

3.1.5.2 FORMATO DE LAS ENTREVISTA.............................................................................................. 59

3.1.5.2.1 ENTREVISTADOS ..................................................................................................................... 60

3.1.6 IDENTIFICAR LOS FACTORES QUE AFECTAN EL PROBLEMA. ............................................. 60

3.1.7 EL MÉTODO DE INGENIERÍA Y EL PENSAMIENTO ESTADÍSTICO ........................................ 60

3.1.7.1 UN ESTUDIO RETROSPECTIVO UTILIZANDO DATOS HISTÓRICOS ................................... 61

3.1.7.2 ESTUDIO OBSERVACIONAL ..................................................................................................... 62

3.2 FASE 2: VIABILIDAD DE LAS POSIBLES SOLUCIONES QUE PUEDEN PLANTEARSE. ........... 62

3.2.1 TORMENTA DE IDEAS................................................................................................................... 62

3.2.1.1 EXPLICACIÓN DE LAS IDEAS PROPUESTAS EN LA TORMENTA: ...................................... 64

3.2.2 DIAGRAMA CAUSA-EFECTO O ISHIKAWA ............................................................................... 66

3.2.3MATRIZ DE PUGH. ........................................................................................................................... 67

3.2.3.1 CRITERIO DE ACEPTACIÓN DE LAS POSIBLES SOLUCIONES. ............................................ 67

xiii

3.2.3.2 REALIZACIÓN DE LA MATRIZ DE PUGH ................................................................................ 69

3.2.4 POSIBLES SOLUCIONES. ............................................................................................................... 70

3.2.5 SOLUCIÓN GANADORA. ............................................................................................................... 70

3.3 FASE 3: ESPECIFICACIÓN DE LA PROPUESTA ............................................................................. 72

3.3.1 DISEÑO ............................................................................................................................................ 72

3.3.1.1 DISEÑO EDUCATIVO .................................................................................................................. 73

3.3.1.2 DISEÑO INSTRUCCIONAL ......................................................................................................... 73

3.3.1.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE COMUNICACIÓN .......................................................................... 74

3.3.1.4 DISEÑO COMPUTACIONAL ....................................................................................................... 74

3.3.2 FORMALIZACIÓN DE LA PROPUESTA ....................................................................................... 75

3.3.2.1 IDEA GENERAL ........................................................................................................................... 75

3.3.2.2 JUSTIFICACIÓN DE LA PROPUESTA ........................................................................................ 75

3.3.2.3 METAS DE LA PROPUESTA ....................................................................................................... 76

3.3.2.4 OBJETIVOS DE LA PROPUESTA ................................................................................................ 76

3.3.2.5 DESTINATARIOS .......................................................................................................................... 77

3.3.2.6 EL PRODUCTO ............................................................................................................................. 77

3.3.3 SELECCIÓN DE HERRAMIENTA COMPUTACIONAL ................................................................ 77

3.3.3.1 MODELOS DE SIMULACIÓN EN EL MERCADO ...................................................................... 77

3.3.3.2 MATRIZ DE PUGH, PARA LA SELECCIÓN DEL PROGRAMA MÁS INDICADO .................. 80

3.3.3.2.1 CRITERIO DE SELECCIÓN DE LAS POSIBLES SOLUCIONES. ............................................ 80

3.3.3.2.2 REALIZACIÓN DE LA MATRIZ DE PUGH ............................................................................. 81

3.3.3.2.3 PROGRAMA SELECCIONADO EN BASE A LA MATRIZ DE PUGH. ................................... 81

3.3.4 ELABORACIÓN DEL PRODUCTO................................................................................................. 81

3.3.4.1 DEFINICIÓN DE REQUISITOS .................................................................................................... 81

3.3.4.2 DISEÑO DETALLADO DEL PROTOTIPO .................................................................................. 82

3.3.4.2.1 DATOS ........................................................................................................................................ 82

3.3.4.2.2 GEOMETRÍA DE LA PROBETA ............................................................................................... 84

3.3.4.2.3 CONDICIONES DE BORDE Y FUERZAS. ................................................................................ 85

3.3.4.3 DETALLE PROCEDIMENTAL ..................................................................................................... 86

3.3.5 RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN ............................................................................................ 96

3.3.6 VERIFICACIÓN DE LA SIMULACIÓN ........................................................................................ 102

3.3.7 HOJA DE PROCESO ...................................................................................................................... 104

3.3.8 FORMATO DE NUEVA PRACTICA ............................................................................................. 107

3.4 FASE 4: VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA.................................................................................. 107

3.4.1 IMPLEMENTACIÓN Y PRUEBA DEL PROTOTIPO .................................................................. 107

3.4.1.1 VALIDACIÓN ............................................................................................................................. 107

3.4.1.1.1 FORMATO DE LA VALIDACIÓN ......................................................................................... 107

xiv

3.4.1.1.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LA EVALUACIÓN ............................................................. 108

3.4.2 DISEÑO DEL SISTEMA FINAL .................................................................................................... 123

3.5 FASE 5 Y 6: EJECUCIÓN Y EVALUACIÓN DE LA PROPUESTA ................................................ 123

3.5.1 ELABORACIÓN DEL MANUAL DE USUARIO .......................................................................... 123

3.5.1.1 MANUAL DE USUARIO ............................................................................................................. 124

3.5.2 DISEÑO GRÁFICO Y ELABORACIÓN DEL CD ......................................................................... 124

3.5.3 DISEÑO DEL EMPAQUE .............................................................................................................. 125

3.5.4 PRODUCTO FINAL ....................................................................................................................... 126

CAPITULO IV .......................................................................................................................................... 127

4.1 CONCLUSIONES .............................................................................................................................. 127

4.2 RECOMENDACIONES ..................................................................................................................... 128

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................................... 129

REFERENCIAS ELECTRÓNICAS .......................................................................................................... 131

ANEXOS .................................................................................................................................................. 133

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Ciclos para la falla, N, escala logarítmica .............................................................................. 19

Ilustración 2 Espina de Pescado .................................................................................................................. 25

Ilustración 3 Matriz de Pugh ....................................................................................................................... 26

Ilustración 4 Diagrama de Ishikawa ............................................................................................................ 66

Ilustración 5 Geometría de la probeta ......................................................................................................... 85

Ilustración 6 Representación del ensayo de fatiga en viga en voladizo ......................................................... 86

Ilustración 7 Workbench .............................................................................................................................. 86

Ilustración 8 ................................................................................................................................................ 87

Ilustración 9 ................................................................................................................................................ 88

Ilustración 10 .............................................................................................................................................. 88

Ilustración 11 .............................................................................................................................................. 89

Ilustración 12 .............................................................................................................................................. 89

Ilustración 13 Diseño de la probeta ............................................................................................................. 90

Ilustración 14 .............................................................................................................................................. 90

Ilustración 15 .............................................................................................................................................. 91

Ilustración 16 Mallado automático .............................................................................................................. 91

Ilustración 17 .............................................................................................................................................. 92

xv

Ilustración 18 Mallado refinado .................................................................................................................. 92

Ilustración 19 .............................................................................................................................................. 93

Ilustración 20 .............................................................................................................................................. 94

Ilustración 21 .............................................................................................................................................. 95

Ilustración 22 .............................................................................................................................................. 95

Ilustración 23 .............................................................................................................................................. 96

Ilustración 24 Deformación Equivalente...................................................................................................... 97

Ilustración 25 Esfuerzo Equivalente ............................................................................................................ 98

Ilustración 26 Desplazamiento total ............................................................................................................ 98

Ilustración 27 Vida ..................................................................................................................................... 99

Ilustración 28 Daño ................................................................................................................................... 100

Ilustración 29 Factor de seguridad ............................................................................................................ 100

Ilustración 30 Esfuerzo alternante equivalente .......................................................................................... 101

Ilustración 31 Viga en voladizo ................................................................................................................ 102

Ilustración 32 Boceto del CD..................................................................................................................... 124

Ilustración 33 Boceto del Empaque ........................................................................................................... 125

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráficos 1 Encuestas Profesores-Selección de métodos ............................................................................... 40

Gráficos 2 Encuestas Profesores-Equipos ................................................................................................... 41

Gráficos 3 Encuestas Profesores-Equipos ................................................................................................... 43

Gráficos 4 Encuestas Profesores-Muestreo.................................................................................................. 44

Gráficos 5 Encuestas Profesores-Manipulación de los ítems del ensayo ...................................................... 45

Gráficos 6 Encuestas Profesores-Informe de los resultados ......................................................................... 46

Gráficos 7 Encuestas Profesores-Informe de los resultados ......................................................................... 47

Gráficos 8 Encuestas Profesores-Personal .................................................................................................. 48

Gráficos 9 Encuestas Profesores-Ambiental ................................................................................................ 49

Gráficos 10 Encuesta Alumnos- Pregunta 1 ................................................................................................. 51

Gráficos 11 Encuesta Alumnos-Pregunta 2 .................................................................................................. 52



Gráficos 14 Encuesta Alumno-Pregunta 5 ................................................................................................... 54



xvi


Gráficos 18 Encuesta Alumno-Pregunta 9.1 ................................................................................................ 56

Gráficos 19 Encuesta Alumno-Pregunta 9.2 ................................................................................................ 56

Gráficos 20 Encuesta Alumno-Pregunta 10 ................................................................................................. 57

Gráficos 21 Diagrama de Proceso Antes ................................................................................................... 105

Gráficos 22 Diagrama de Procesos Después ............................................................................................. 106

Gráficos 23 Validación-Pregunta 1 ........................................................................................................... 108

Gráficos 24 Validación- Pregunta 1 .......................................................................................................... 108












Gráficos 36 Validación-Pregunta 10 ......................................................................................................... 114

















xvii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Matriz de Pugh ............................................................................................................................... 69



Tabla 4 Datos del ensayo............................................................................................................................. 83

Tabla 5 Propiedades del Material................................................................................................................ 83

Tabla 6 Datos del ensayo............................................................................................................................. 84

Tabla 7 Resultados analiticamente ............................................................................................................ 103

Tabla 8 Resultados ANSYS ........................................................................................................................ 104

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1 ..................................................................................................................................................... 133

Anexo 2 ..................................................................................................................................................... 141

Anexo 3 ..................................................................................................................................................... 141

Anexo 4 ..................................................................................................................................................... 145

Anexo 5 ..................................................................................................................................................... 153

Anexo 6 ..................................................................................................................................................... 153

Anexo 7 ..................................................................................................................................................... 154

Anexo 8 ..................................................................................................................................................... 160

Anexo 9 ..................................................................................................................................................... 180

Anexo 10 ................................................................................................................................................... 185

Anexo 11 ................................................................................................................................................... 187

1

INTRODUCCIÓN

La Universidad Central de Venezuela (UCV) es considerada como la casa de

estudios de mayor importancia en Venezuela y ha sido, durante toda su historia, el centro

de referencia nacional en la formación de talento humano necesario para el desarrollo de la

nación y en la generación, gestión y difusión del conocimiento, además forma parte del

sistema público de educación universitaria nacional y es una de las cinco universidades

autónomas.

De acuerdo con la información de la página oficial de la UCV, esta tiene como

misión “crear, asimilar y difundir el saber mediante la investigación y la enseñanza;

completar la formación integral iniciada en los ciclos educacionales anteriores; y formar

los equipos profesionales y técnicos que necesita la nación para su desarrollo y progreso”.

Entre sus objetivos fundamentales es “dirigir la enseñanza hacia la formación

integral de profesionales y a la capacitación del individuo en función de las necesidades de

la sociedad y su desarrollo”. Para lo cual se apoya entre otros aspectos en once facultades

con sus diferentes carreras de pregrado y postgrado. También se establece que,

La Facultad de Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela, es el primer

centro en la formación de profesionales de la ingeniería y uno de los principales

generadores de conocimiento científico-tecnológico del país. Para el desarrollo de

sus actividades, la FI-UCV dispone de un excelente equipo de docentes e

investigadores de alto nivel, modernas instalaciones, laboratorios y centros de

investigación dotados con una estructura tecnológica de vanguardia.

Además, la Facultad de Ingeniería de la UCV tiene como misión “la

formación de profesionales de la Ingeniería con una sólida formación científica y técnica,

sensibilizada por los problemas fundamentales del país y conciencia de la necesidad de

ejercer el liderazgo requerido para el fortalecimiento de las bases tecnológicas e

industriales del país”.

2

La escuela de Ingeniería Mecánica es una de las siete especialidades con las que

cuenta la FI-UCV donde se imparten conocimientos y se estimula a la investigación

mediante una metodología teórica que se complementa de forma práctica en los

laboratorios.

Tal como suele suceder en muchas organizaciones, independientemente de los

motivos, lo que se define en la misión y en los objetivos, dista de la realidad cuando no se

logran ejecutar las acciones o planes estratégicos trazados para el logro de estos. La UCV,

al igual que las demás universidades públicas, atraviesa tal vez por uno de los periodos más

críticos en cuanto al libre ejercicio de su autonomía y ha tenido que reorientar la

distribución de los recursos asignados por el Estado para mantener su continuidad.

La investigación, que es uno de los productos de las universidades, requiere de

inversiones en equipos y tecnologías actualizadas y en las carreras técnicas estos recursos

son propios de los laboratorios donde se ponen en práctica los conocimientos teóricos. En

la Escuela de Ingeniería Mecánica, actualmente se evidencia un deterioro continuo de los

equipos que forman parte de los laboratorios y la falta de inversión que es el requisito

indispensable para la adquisición y renovación de estos sin embargo, este no debe ser un

obstáculo para la innovación y el emprendimiento a desarrollar alternativas que permitan a

los estudiantes obtener la formación integral, científica y técnica.

En el siguiente trabajo, que corresponde al Anteproyecto que se presenta como

requisito para la aprobación del tema de investigación del Trabajo Especial de Grado,

necesario para optar al título de Ingeniero Mecánico de La Universidad Central de

Venezuela, se abordará la problemática existente en los laboratorios de la escuela de

Ingeniería Mecánica de la FI-UCV y en el mismo se expondrá el proceso de investigación

que se llevará a cabo a través de un marco metodológico, que conlleve a una solución

basada en el desarrollo de un programa de simulación de un ensayo dinámico para el uso

docente en el laboratorio del departamento de Diseño de la EIM-FI-UCV, como

alternativa que permita complementar la formación integral de los estudiantes.

3

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La Escuela de Ingeniería Mecánica (EIM) cuyo objetivo “es la formación de

profesionales de alto nivel, capaces de diseñar, construir, y operar equipos, adaptar y crear

tecnología e investigación en diversas áreas de la Ingeniería Mecánica”; cuenta con una

serie de laboratorios para fomentar este modelo educativo (teoría-práctica), los cuales

cuentan con maquinarias y equipos concebidos para que los estudiantes con los

conocimientos previamente adquiridos en clases puedan comprobarlos experimentalmente,

es decir, se pueda corroborar la teoría con pruebas, exámenes, ensayos, entre otros.

Históricamente los laboratorios de la UCV, especialmente en las instalaciones de la

Facultad de Ingeniería, ha sido notorio el deterioro continuo y el mal estado que presentan

los equipos, esto repercute en la formación integral de sus estudiantes, ya que debe tener

tanto la parte teórica como la práctica muy bien captada y entendida.

En la práctica, los laboratorios deben actualizarse a medida que transcurre el tiempo

con el fin de fomentar el desarrollo del ingeniero, sin embargo al no contar de forma

óptima con los equipos, materiales, laboratorios y demás recursos, es evidente que los

resultados en las prácticas de laboratorio no estén acorde con la parte teórica y por ende

esto dificulta el logro de la misión de la FI-UCV.

Los ensayos que se realizan en la FI-UCV en el departamento de diseño, uno de los

ensayos dinámicos de mayor importancia que se realiza en la EIM es el ensayo destructivo

de fatiga. En esta Tesis Especial de Grado se llevará a cabo una investigación que abordará

todos los factores involucrados en el problema planteado de manera de generar una

solución práctica como aporte a la mejora continua requerida.

4

1.2 JUSTIFICACIÓN

Con el objetivo de fomentar y blindar los conocimientos adquiridos en el área de

tecnología de materiales y diseño que se imparten en la escuela se desea simular un ensayo

de fatiga para el uso docente en el laboratorio de la EIM

Con la colaboración y asesoría de diversos profesores y profesionales en el área de

diseño y tecnología de los materiales se desea simular de manera óptima un ensayo de

fatiga en tiempo real que complemente la formación integral de los estudiantes de la

Facultad de Ingeniería (FI), específicamente de la EIM. Todo esto teniendo en cuenta que

en nuestros días la tecnología forma parte importante del desarrollo profesional, por lo que

se buscará implementar los llamados modelos de simulación en la presente investigación.

El desarrollo de este anteproyecto se basa en poner en marcha una investigación

formal, que por medio de una metodología científica se genere la solución más viable y

factible para simular un ensayo de fatiga. Este proceso de investigación constará de una

serie de etapas, tales como el diagnóstico del problema, construcción de posibles

soluciones, entre otras. Todas estas fases serán detalladas en las metodologías de

investigación que se detallarán a la postre. Como un aporte a la investigación se

profundizará en todo lo referente al ensayo de fatiga.

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo General

Simular mediante un programa computacional el proceso que se debe

realizar en un ensayo destructivo de fatiga, en los laboratorios de la escuela de

Ingeniería Mecánica de la Universidad Central de Venezuela y con esto dar un

aporte al mejoramiento de la formación integral de los estudiantes.

5

1.3.2 Objetivos Específicos

• Realizar una evaluación de las diferentes causas que limitan la ejecución del ensayo

de fatiga en la EIM de la UCV.

• Establecer posibles soluciones que permitan mejorar las fallas o deficiencias

diagnosticadas en los procesos que se realizan en el ensayo fatiga establecido en la

EIM de la UCV.

• Establecer los criterios de aceptación.

• Evaluar las soluciones propuestas en base a los criterios de aceptación.

• Formalizar la propuesta definitiva para la simulación del ensayo de fatiga

establecido en el laboratorio de diseño de la EIM que se refiere en esta

investigación.

• Validar la propuesta más viable desde el punto de vista ingenieril.

• Ejecutar la propuesta.

• Evaluar la propuesta a través de la presentación del trabajo especial de grado

tomando en cuenta sus alcances y limitaciones.

1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES

1.4.1 Alcance General

Elaborar un programa de simulación computacional sobre el ensayo de fatiga para

La Escuela de Ingeniería Mecánica de Universidad Central de Venezuela que sirva como

complemento para la parte práctica de la formación integral de los estudiantes.

6

1.4.2 Alcances específicos

• Representar analítica y gráficamente los resultados obtenidos a través de las

diferentes herramientas de diseño conceptual que serán utilizadas para el

levantamiento de información que se realizaran a los responsables y usuarios de los

laboratorios del departamento de diseño de la EIM de la UCV.

• Realizar una lista de soluciones posibles a las necesidades diagnosticadas.

• Realizar una matriz de selección de las soluciones posibles.

• Realizar una matriz de selección enmarcada en el contexto de la simulación como

herramienta de la ingeniería.

• Evaluación preliminar del modelo de simulación y elaboración de un prototipo de

diseño.

• Elaboración de la propuesta de simulación y el prototipo mediante la entrega del

material de respaldo (CD, DVD, etc.).

• Evaluación del proyecto del trabajo especial de grado por medio de su presentación.

El desarrollo de este anteproyecto busca encontrar la solución más viable y factible al

problema que se presenta en los laboratorios de la EIM desde un punto de vista ingenieril.

Con la intención de mejorar el proceso del aprendizaje del ensayo de fatiga se recurrirá a

todo tipo de herramientas audiovisuales y computacionales que complemente la formación

integral del estudiante, evaluando todos los factores que rodean al problema planteado en

el punto 1.1.

Por otra parte se deben encontrar los recursos computacionales más adecuados para la

solución del problema y que la UCV posea las respectivas licencias del software a utilizar.

Vale la pena mencionar que el producto final de esta investigación no tienes fines de lucro

y quedará como respaldo en físico y de manera gratuita para cualquier persona interesada.

7

1.5 ANTECEDENTES

En el siguiente capítulo se presentan una serie de conceptos teóricos, y modelos

de diseño empleados, así como la recopilación de antecedentes, que permitan llevar a cabo

la investigación.

En el año 1991 se presentó el trabajo especial de grado. “AUDITORIA TÉCNICA

DE EQUIPOS DE LOS LABORATORIOS DE POTENCIA, MECÁNICA Y TECNOLOGÍA

DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA DE LA UCV” por D. Bermúdez y F.

Hernández. Se observo que realizaron una auditoría técnica sobre 5 equipos pertenecientes

a los laboratorios ubicados en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Central

de Venezuela. Para base de la presente investigación se tomarán como antecedentes

diversos aspectos de esta investigación, como por ejemplo: la descripción técnica y

ubicación del equipo, estado actual, operación y manejo del equipo y la evaluación.

En el año 2010 se presentó el trabajo especial de grado. (2010). “APLICACIÓN

DE TÉCNICAS DEL DISEÑO CONCEPTUAL PARA LA CREACIÓN DE UN

ESPACIO DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE QUE REÚNE CONOCIMIENTOS

TEÓRICOS CON EXPERIENCIAS TÉCNICAS” por P. Pereira y M. Ruiz. en este trabajo

bajo la tutela del profesor Antonio Barragán, aplican técnicas del diseño conceptual y

proponen la creación de un espacio de enseñanza que reúna conocimientos teóricos con

experiencias técnicas con la misma finalidad de este trabajo especial de grado, que es

lograr la comunión entre la teoría y la práctica, y de esta manera blindar y fomentar los

conocimientos para finalmente complementar la formación integral del estudiante de La

Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Central de Venezuela.

En el año 2012 se presentó el trabajo especial de grado “DESARROLLO DE

SOFTWARE PARA CÁLCULO DE EJES SEGÚN MODELOS S-N Y -N” por Mikel

Calvo Favo. En este proyecto se creó un programa informático que sirve de soporte y

ayuda en el diseño de ejes, tanto estáticos como hiperestáticos, a fatiga. Los estudios sobre

fatiga cada vez han sido más frecuentes y existen varias teorías, esta tesis se apoyará en 2

de esas teorías: por un lado en las curvas tensión-vida (S-N), y por otro en las curvas

deformación-vida (-N). El software escogido para trabajar fue Visual Basic 6.0.

8

En el año 2011 se presentó el trabajo especial de grado “DESARROLLO DE UN

PROGRAMA Y VERIFICACION DE EJES SOMETIDOS A FATIGA” por Francisco J.

Mata Aroco. El objetivo principal de este trabajo fue desarrollar un programa quesea

capaz de facilitar el cálculo y diseño de un eje sometido tanto a esfuerzos estáticos como

dinámicos. Y así poder lograr una reducción de tiempo de cálculo, mejoramiento del

entendimiento y evitar errores, otro enfoque del programa es el de ayudar a comprender al

alumno la relevancia del fenómeno de fatiga en el diseño de ejes, como también desarrollar

un programa robusto y duradero.

En el año 2013 los húngaros Csaba Kardos, Gergely Popovics, Botond Kádár y

Lázsló Monostori realizaron el trabajo “METODOLOGÍA Y ESTRUCTURA DE DATOS

PARA LA ESPECIFICACIÓN DE UN SISTEMA UNIFORME EN PROYECTOS DE

SIMULACIÓN”. El presente trabajo expone una investigación en curso destinado a

desarrollar un marco para reducir el esfuerzo invertido sobre el proyecto de estudios de

simulación para simplificar y acelerar el proceso de construcción del modelo. La

metodología de modelado propuesta utiliza una estructura de datos uniforme que es una

implementación orientada a la producción de la norma ANSI/ISA-95 y apoya la creación

de los modelos sin conocimientos específicos de software de simulación. La estructura de

datos de soporte permite el desarrollo y la aplicación de motores de simulación de

propiedad, adaptadas a problemas específicos. El resultado principal de la investigación es

la creación de la EasySim, sistema que apoya el proyecto de análisis de estructuras de

fabricación simples. La solución se basa en la aplicación de la estructura de datos

uniforme, lo que era definido siguiendo las directrices de la ISA-95 norma internacional.

La estructura de datos uniforme permite que el sistema modular base, que soporte la

aplicación de diferentes motores de simulación, incluyendo el desarrollo del propio motor

de simulación. Esto ofrece una solución más adaptada, que tiene por lo tanto un mayor

rendimiento y menores costos, en comparación con el de finalidad comercial, general

aplicado aplicación de simulación. El rendimiento más alto aumenta los ciclos de

simulación ejecutables número en un determinado intervalo de tiempo, lo que resulta en

una mayor eficiencia del análisis.

En el trabajo de B. Denkena y M. Koeller (2013). “SIMULATION BASED

PARAMETERIZATION FOR PROCESS MONITORING OF MACHINING

9

OPERATIONS”. En este trabajo se desarrolló una simulación para un proceso donde se

remueve material, en el cual se realizó un ensayo de torneado conjuntamente se hizo un

monitoreo del proceso y se tomaron todas las variables que influyen en dicho trabajo y se

obtuvo una base de dato en la cual se pudo parametrizar estos valores en señales, que

puedan ser simuladas en un programa computacional y así poder llegar a una

representación más real.Parte del objetivo de este trabajo es disminuir las inexactitudes de

la simulación y además un sistema de control de procesos, el cual combina diferentes

señales de la máquina para obtener información acerca de las condiciones del proceso, así

como la definición del estado crítico del proceso, todo esto conlleva a generar un

monitoreo sin ser instruido.

Trasladando nuestra investigación a una reseña histórica encontramos que en el año

1973, De Anta y Santini proponen un trabajo especial de grado, en el cual incluye la

construcción y acondicionamiento del local donde se desarrollará el mencionado

laboratorio según lo que se plantea en la investigación la instalación de los equipos,

propuesto como punto a desarrollar en dicho trabajo, no fue efectuada debido a que la

Escuela de Ingeniería Mecánica en ese momento no había dispuesto de los recursos

necesarios para ello, por lo que gran parte del trabajo se dedicó a la elaboración de guías de

los ensayos que se utilizarán en el laboratorio.

Esta TEG sirve de semilla de la presente investigación ya que los autores realizan

una descripción del espacio en el cual se encontraría el local del laboratorio, tomando en

cuenta el área total a utilizar y la separación de ambientes más óptima del espacio. Luego

se efectuó un estudio de iluminación, tanto en el local del laboratorio como en las oficinas

también se desarrollen actividades que competen a éste. A demás se realizó una auditoria

de los equipos disponibles con su respectiva distribución, se realizó un presupuesto para

guías y materiales a utilizar.

10

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Reseña Histórica

2.1.1 Universidad Central de Venezuela

La Universidad Central de Venezuela (UCV) es una de las casas de estudios más

antiguas en Venezuela. Se encuentra asentada en la Ciudad Universitaria en Los

Chaguaramos en Caracas, decretada en 1943 por el presidente Isaías Medina Angarita,

proyectada arquitectónicamente por el maestro Carlos Raúl Villanueva y construida, en

gran parte, durante gobierno del general Marcos Pérez Jiménez. La actual sede fue

declarada Patrimonio Cultural de la Humanidad por la UNESCO el 30 de Noviembre del

año 2000.

La UCV se volvió un punto de referencia de excelencia universitaria a nivel

nacional e internacional en la formación de talento humano y en la generación, gestión y

difusión del conocimiento. Parte de la misión en la cual fue concebida la UCV fue “crear,

asimilar y difundir el saber mediante la investigación y la enseñanza; completar la

formación integral iniciada en los ciclos educacionales anteriores; y formar los equipos

profesionales y técnicos que necesita la nación para su desarrollo y progreso”. Dentro de

sus objetivos están:

Fomentar la investigación de nuevos conocimientos en beneficio del bienestar y

progreso del ser humano, de la sociedad y del desarrollo independiente de la nación;

dirigir la enseñanza hacia la formación integral de profesionales y a la capacitación

del individuo en función de las necesidades de la sociedad y su desarrollo, y

participar en la solución de los problemas sociales que enfrente el país a través de

programas de Extensión y Apoyo, en la solución de los problemas sociales que

enfrente el país.

La organización de la UCV “se convierte en la fuente de información

organizacional académico-administrativa que permite mejorar la toma de decisiones, al ser

11

un instrumento de análisis, ayuda a promover e implantar cambios organizacionales,

ajustados a los requerimientos institucionales, evitando el crecimiento burocrático

innecesario” Esta organización emprende desde el Consejo Universitario, Rectorado,

Vicerrectorado Académico, Vicerrectorado Administrativo, Secretaría, y sus distintas

Facultades.

La UCV posee once facultades, la Facultad de Agronomía con sede en Maracay, la

Facultad de Arquitectura, la Facultad de Ciencias, la Facultad de Ciencias Económicas y

Sociales, la Facultad de Ciencia Jurídica y Políticas, la Facultad de Ciencias Veterinarias

con sede en Maracay, la Facultad de Farmacia, la Facultad de Humanidades y Educación,

la Facultad de Medicina, la Facultad de Odontología y la Facultad de Ingeniería.

2.1.2 Facultad de Ingeniería

La Facultad de Ingeniería (FI-UCV) tiene como misión principal la formación de

profesionales de la ingeniería y ser uno de los principales generadores de conocimiento

científico-tecnológico del país. De acuerdo a la información de la página oficial de la

UCV, la Facultad de Ingeniería (FI) fue creada en el año 1953 con la visión de “ser una

comunidad académica, de investigación y extensión, en constante renovación, prestando

servicios de altísima calidad en el área de la Ingeniería, en pro del desarrollo social de la

nación”. También parte de su misión es la “formación de profesionales de la Ingeniería

con una sólida formación científica y técnica, sensibilizada por los problemas

fundamentales del país y conciencia de la necesidad de ejercer el liderazgo requerido para

el fortalecimiento de las bases tecnológicas e industriales del país”. Entre sus objetivos se

encuentran “garantizar una elevada formación académica, capaz de crear nuevas

tecnologías y profesionales en diversas áreas de la Ingeniería, tanto a nivel de Pre-grado

como de Post-grado”. El manual de organización de la UCV también establece “mantener

estrecha relación con las empresas e industrias más importantes del país, a fin de

mantenerse vinculada a la realidad nacional”. (2006).

La FI-UCV posee 4 coordinaciones, la Coordinación Administrativa, la

Coordinación De Extensión, la Coordinación Académica y la Coordinación de

12

Investigación. También posee una Comisión de estudios de Post-Grado, Dirección de

Servicios Básicos, Centro de Procesamiento de Datos, Núcleo de Cagua, y dos Institutos;

el Instituto de Materiales y Modelos Estructurales y el Instituto de Mecánica de Fluidos.

La FI-UCV está estructurada por 7 escuelas esparcidas en los espacios de la Ciudad

universitaria, las cuales son las siguientes: la Escuela de Minas, Geología y Geofísica, la

Escuela de Ingeniería Eléctrica, la Escuela de Ingeniería Química, la Escuela de Ingeniería

Civil, la Escuela de Metalúrgica y Ciencias de los Materiales, la Escuela de Ingeniería de

Petróleo y la Escuela de Ingeniería Mecánica.

2.1.3 Escuela de Ingeniería Mecánica

Según la página oficial de la UCV, en 1962 fue creada la Escuela de Ingeniería

Mecánica (EIM-UCV) con la visión de “formar profesionales de alto nivel, capaces de

diseñar, construir, y operar equipos, adaptar y crear tecnología e investigación en diversas

áreas de la Ingeniería Mecánica”. La misión de esta escuela según el Manual de

Organización de la UCV es “ser una institución reconocida por su competitividad,

formación integral de sus egresados y que garantice la vanguardia en materia tecnológica y

del conocimiento humanístico para participar eficientemente en los proceso de toma de

decisiones” (2006).

La EIM-UCV consta de 4 departamentos, en los cuales se encuentran el

Departamento de Tecnología de Producción, el Departamento de Energética, el

Departamento de Automática y el Departamento de Diseño; este último está formado por

la Unidad Docente de Investigación de Mecánica de Sólidos, unidad Docente de

Investigación de Diseño de Máquinas y la Unidad de Investigación de Mecánica de

Máquinas.

El Departamento de Diseño dicta 8 asignaturas de carácter obligatorio para obtener

el título de Ingeniero Mecánica, estos son: Dibujo, Diseño Máquinas I, Diseño Máquinas

II, Diseño Conceptual, Mecánica de Sólidos I, Mecánica de Sólidos II, Mecánica de

Máquinas y Vibraciones Mecánicas.

13

2.1.4 Mecánica de sólidos II

Según el formato de la materia Mecánica de Sólidos II vigente (Ver Anexo 1), el

propósito de esta materia es,

Analiza y modela los efectos en el interior de un cuerpo deformable por su interacción con

las cargas externas. Estas cargas externas cambian la geometría del sólido produciendo lo que

se define como esfuerzos y deformaciones. El contenido de este curso es parte de las materias

que típicamente se encuentran en las carreras de Ingeniería Mecánica, Aeronáutica y Civil.

Como continuación de la materia Mecánica de Sólidos I, esta asignatura amplía los conceptos

al tratar la flexión asimétrica; la obtención de las deformaciones de los sólidos mediante los

poderosos métodos energéticos; iniciar las consideraciones no lineales a través del análisis de

la estabilidad de sólidos cargados axialmente; y el estudio del efecto de las cargas variables

en el tiempo en los esfuerzos por medio del análisis a la fatiga.

Los conocimientos impartidos en esta materia complementan los de la

asignatura Mecánica de Sólidos I. Parte de los objetivos generales de la asignatura

Mecánica de Sólidos II es que a la conclusión del curso el estudiante estará en

capacidad de obtener los desplazamientos en vigas, analizar y diseñar columnas de

acero, utilizar métodos energéticos para calcular deformaciones, analizar elementos

solicitados a cargas combinadas y diseñar elementos solicitados a cargas variables.

Sus objetivos específicos se basan en la ampliación de los siguientes temas:

Deformación de vigas, Estabilidad, Métodos energéticos, Efectos combinados,

Fatiga, Flexión de vigas curvas planas y Estados axilisimétricos.

La evaluación por la cual se basa esta asignatura consta de 3 partes fundamentales,

tales como:

1. Teórica: Se realizarán al menos tres (3) exámenes teóricos. El promedio de los

exámenes teóricos tienen una ponderación del 90% de la nota del curso. Estos

exámenes son del tipo de desarrollo y tienen por finalidad comprobar que los

alumnos han logrado los objetivos del aprendizaje correspondientes a los 7 temas del

curso.

2. Laboratorio: El laboratorio tiene una ponderación del 10% de la nota del curso. Se

evalúa el cumplimiento de los objetivos de cada práctica del laboratorio mediante la

14

presentación de informes elaborados durante la realización del mismo (7 puntos) y

evaluaciones escritas posteriores sobre los conceptos sobre los que se fundamentan

los ensayos experimentales (13 puntos). La nota definitiva del laboratorio es el

promedio de las notas obtenidas en cada práctica. Para aprobar la asignatura es

requisito tener aprobado el laboratorio.

3. Examen de reparación: Se realiza para aquellos alumnos que no obtengan la nota

aprobatoria mínima que es de diez (10) puntos. Para tener derecho a presentar el

examen de reparación es requisito indispensable que el alumno haya obtenido al

menos diez (10) puntos en la nota del laboratorio.

El personal de laboratorios del Departamento de Diseño está integrado por un

coordinador de laboratorio, usualmente un profesor del departamento, cuya función

principal es dirigir las actividades que realizan los preparadores en los laboratorios, que se

encargan de guiar a los estudiantes en las diferentes prácticas y a su vez aclaran dudas

sobre los tópicos en estudio. Estas prácticas se desarrollan de acuerdo a un fundamento

teórico respectivo, según el cual el estudiante debe elaborar un pre-informe y un informe,

que deben regirse con lo estipulado en una guía de laboratorio que se le entrega con

antelación al estudiante.

2.1.5 Laboratorio de Mecánica de Sólidos II

El Laboratorio de Mecánica de Sólidos II, teóricamente se dictan 7 distintas

prácticas de laboratorio, estas son:

Practica N° 1 Extensómetros de resistencia eléctrica.

Practica N° 2 Ensayo de Fotoelasticidad.

Practica N° 3 Fotoelasticidad.

Practica N° 4 Fotoelasticidad.

Practica N° 5 Fatiga.


15


En las Prácticas N° 5, 6 y 7 (Ver Anexo 2) se realizan ensayos de fatiga que

permiten medir la vida útil de un material mediante esfuerzos que pueden variar en sentido

y magnitud. El análisis de fatiga es muy importante, especialmente si se utiliza como una

herramienta para ver características y tendencias de un posible fallo a fatiga. Modificando

parámetros y comparando estimaciones de vida, se pueden observar tendencias a favor de

un diseño más seguro. Únicamente a través de estudios comparativos el ingeniero podrá

obtener un conocimiento real de los mecanismos de trabajo, así como también durante el

ensayo, se puede dar a conocer el factor de seguridad a la tensión, factor de seguridad a

fatiga, vida a fatiga y factor de daño.

2.2 Fenómeno y Ensayo de Fatiga

Para empezar la fatiga de materiales puede ser definida como el deterioro gradual

de un material que está sujeto a cargas repetidas.

La ASTM define el término de fatiga de materiales del siguiente modo: "La fatiga

es el proceso de cambio estructural permanente, progresivo y localizado que ocurre en un

material sujeto a tensiones y deformaciones variables, en algún punto o puntos y que

produce grietas o la fractura completa tras un número suficiente de fluctuaciones".

El ensayo de fatiga ese método mediante el cual se puede analizar y determinar la

resistencia de un material cuando está sometido a esfuerzos fluctuantes motivados por

flexión, torsión y carga axial y a su vez calcular el daño acumulado por fatiga. Dentro de

los ensayos de fatiga, el más universal, por la sencillez de la máquina de ensayo, es el de

flexión rotativa. En su funcionamiento, un motor eléctrico hace girar un espécimen

cilíndrico, normalmente a 1800 RPM o superior, mientras un contador simple graba el

número de ciclos; las cargas son aplicadas en el centro del espécimen, con un sistema de

rotación. Maneja además un interruptor, que detiene la prueba en el momento que se causa

la fractura y los pesos descienden. Los pesos producen un momento que causa la flexión

del espécimen en su centro. En la superficie superior del espécimen se encuentran las

fibras en tensión, y en la superficie inferior están en compresión; ambas superficies son

16

alternadas de forma cíclica, debido a la rotación a la que es sometido el material. Los

esfuerzos aplicados pueden alternarse entre valores máximos positivos o negativos, o entre

valores no iguales positivos y negativos. La carga más común es la tracción y compresión

alternadas de iguales valores numéricos, obtenidas mediante la rotación de una probeta

cilíndrica lisa, mientras está bajo carga de flexión. Se realiza una serie de ensayos de fatiga

en varias de las probetas del material a diferentes grados de esfuerzo. El esfuerzo resistido

se traza en una gráfica contra el número de ciclos sostenidos.

Otros valores importantes de la Curva S-N además de los esfuerzos máximos y

mínimos son: ciclo de fatiga y el límite a la fatiga (para algunos materiales).

Ciclo de fatiga: a un nivel de tensión alterna y media dadas, el ciclo de fatiga es la

cantidad de ciclos requerida para causar fallo por fatiga.

Límite a la fatiga: Por la selección de esfuerzos cada vez más bajos, puede

encontrarse un valor que no producirá falla, independientemente del número de ciclos

aplicados. Este valor del esfuerzo se llama límite de fatiga. (Solo para aceros). Hay

materiales que no presentan este fenómeno.

2.2.1 Factores que afectan a la resistencia a la fatiga

Las causas de la fatiga vienen dadas principalmente por los siguientes factores:

1. La acción simultánea de esfuerzos cíclicos que originan la grieta.

2. La acción de esfuerzos de corte asociados a los esfuerzos principales y a los

esfuerzos de comprensión que adelantan y propagan el crecimiento de la grieta.

3. La presencia de deformación plástica.

Si alguno de éstos factores no se presenta, no se producirá el inicio y la propagación

de la grieta por fatiga.

Además existen otras variables las cuales tienden a alterar las condiciones del

fenómeno de fatiga, entre los cuales se pueden mencionar los concentradores de esfuerzos,

17

la corrosión, la temperatura, la estructura metalúrgica, los esfuerzos residuales y las cargas

combinadas.

2.2.2 Propagación de la grieta

El proceso de agrietamiento en fatiga comienza generalmente desde lugares donde

haya discontinuidades o exista la presencia de bandas de deslizamiento. En muchas

ocasiones la falla por fatiga se inicia en regiones de concentradores de esfuerzo tales como

muescas agudas, inclusiones entre otros, ya que estos conforman sitios preferenciales para

la nucleación y desarrollo de grietas.

Cuando existe la nucleación de una grieta; por lo general en la superficie, ésta

empieza a crecer primariamente a través de algunos granos aproximadamente a 45º con

respecto a la dirección de la carga aplicada y es controlada por esfuerzos cortantes, esta

etapa se conoce como nucleación de grietas (etapa I). Estas grietas continúan creciendo

bajo cargas cíclicas y cambiando su dirección de crecimiento desde 45º hasta 90º con

respecto al eje de esfuerzos aplicados al sistema, cuando esto ocurre se considera que

comienza la etapa de propagación de la grieta (etapa II). Esta etapa es considerada la más

importante en este proceso, por dos razones fundamentales: 1º La mayor parte de los

materiales tecnológicos y estructurales contienen defectos inherentes, lo que ocasiona que

la etapa de inicio de la grieta se presente relativamente temprano en la vida de servicio del

material; y 2º La velocidad de crecimiento de las grietas de fatiga es una función de ciertas

propiedades del material, de la longitud de la grieta y del nivel de esfuerzos aplicados. En

la siguiente etapa (etapa III), la grieta se propaga cierta distancia con cada ciclo de

esfuerzo, aumentando en anchura, el extremo avanza por continua deformación por

cizalladura hasta que alcanza una configuración enromada. Se alcanza una dimensión

crítica de la grieta y se produce la rotura.

18

2.2.1 Curvas S-N

Las curvas de Wöhler también conocidas como curvas S-N se usan para representar

ordenadamente todos los datos obtenidos de los ensayos y pruebas de fatiga y al mismo

tiempo tener una rápida visualización de los resultados y principales propiedades del

material.

La Curva S-N de un material define valores de tensiones alternas vs. el nº de ciclos

requeridos para causar el fallo a un determinado ratio de tensión. La Ilustración 1, muestra

una curva típica S-N. El eje-Y representa la tensión alterna (S) y el eje-X representa el nº

de ciclos (N).

Las curvas S-N como se muestran en la Ilustración 1, se basan en la vida a fatiga

media o en una probabilidad de fallo dada. La generación de la curva S-N de un material

requiere muchos ensayos, para de una forma estadística variar las tensiones alternas, las

tensiones medias (o ratio de tensión) y contar el nº de ciclos. Para caracterizar un material

se toma un conjunto de probetas y se las somete a solicitaciones variables con diferentes

niveles de tensión, contándose el nº de ciclos que resiste hasta la rotura. Debido a la

elevada dispersión estadística propia de la fatiga, los resultados se agrupan en una banda de

roturas. Una parte de esta dispersión puede atribuirse a errores del ensayo, pero es una

propiedad del fenómeno físico lo cual obliga a realizar un gran nº de ensayos de probetas a

fin de determinar la banda de fractura con suficiente precisión. Por tanto, caracterizar un

material a fatiga supone un coste muy importante.

En lugar de registrar los datos en coordenadas cartesianas, el esfuerzo se traza

contra el logaritmo del número de ciclos, o tanto el esfuerzo como los ciclos se trazan a

escalas logarítmicas. Ambos diagramas muestran un cambio de dirección relativamente

brusco en la curva cerca del límite de fatiga para los metales ferrosos. El límite de fatiga

puede establecerse para la mayor parte de los aceros entre 2 y 10 millones de ciclo. En

estos casos las curvas S-N indican una disminución continua en los valores del esfuerzo

hasta varios cientos millones de ciclos, y deben indicarse tanto el valor del esfuerzo como

el número de ciclos sostenidos. (Manual del Ingeniero Mecánico. 2009.)

19

Todos los defectos superficiales, como aspereza o ralladura, y muescas o resaltos,

reducen la resistencia a la fatiga de una pieza. Con una muesca de forma geométrica

prescrita y factor de concentración conocido, la reducción en la resistencia es

apreciablemente menor que la que correspondería al propio factor de concentración, pero

los diversos metales difieren mucho en su aceptabilidad al efecto de la aspereza y

concentraciones o a la sensibilidad por muescas. Además la sensibilidad por las muescas

parece ser más alta, y más baja la resistencia común a la fatiga, en las probetas grandes las

que, en muchos casos, necesitan ensayos de plena escala (véase Peterson “Stress

Concentration Phenomena in Fatigue of Metals”, Trans. ASME, 55, 1933, pag, 157, y

Buckwalter y Horger, “Investigation of Fatigue Strength of Axles”)

Ilustración 1Ciclos para la falla, N, escala logarítmica

Diagramas S-N de ensayos de fatiga: 1) Acero de 1.20% y estirado a 460 °C (860°); 2) SAE3420, templado y estirado a

649°C (1200°F); 3) Aleación acero estructural; 4) SAE 1050, templado y estirado a 649°C (1200°F); 5) SAE 4130, normalizado,

recocido; 6) Acero estructural ordinario; 7) Duraluminio; 8) Cobre recocido; 9) fundición de hierro. (Flexión opuesta)

20

2.3 Instrumentos de Recolección de Información

2.3.1 Encuestas

Según Malhotra, las encuestas “son entrevistas con un gran número de personas

utilizando un cuestionario prediseñado. El método de encuesta incluye un cuestionario

estructurado que se da a los encuestados y que está diseñado para obtener información

específica”. (2004, Págs. 115 y 168).

En síntesis una encuesta es un estudio observacional en el que el investigador busca

recolectar datos por medio de un cuestionario previamente diseñado, sin modificar el

entorno ni controlar el proceso que está en observación. Los datos se obtienen realizando

un conjunto de preguntas normalizadas dirigidas a una muestra representativa o al conjunto

total de la población estadística en estudio, integrada a menudo por personas, empresas o

entes institucionales, con el fin de conocer estados de opinión, características o hechos

específicos. Las encuestas pueden ser clasificadas de distintas maneras (Balcells, 1994:

p.194.):

1. Según sus objetivos existen dos clases de encuestas de opinión:

Encuestas descriptivas: estas encuestas buscan reflejar o documentar las actitudes o

condiciones presentes. Esto significa intentar descubrir en qué situación se

encuentra una determinada población en momento en que se realiza la encuesta.

Encuestas analíticas: estas encuestas buscan, además de describir, explicar los por

qué de una determinada situación. En este tipo de encuestas las hipótesis que las

respaldan suelen contrastarse por medio de la exanimación de por lo menos dos

variables, de las que se observan interrelaciones y luego se formulan inferencias

explicativas.

2. Según las preguntas:

21

De respuesta abierta: en estas encuestas se le pide al interrogado que responda con

sus propias palabras a la pregunta formulada. Esto le otorga mayor libertad al

entrevistado y al mismo tiempo posibilitan adquirir respuestas más profundas así

como también preguntar sobre el porqué y cómo de las respuestas realizadas. Por

otro lado, permite adquirir respuestas que no habían sido tenidas en cuenta a la hora

de hacer los formularios y pueden crear así relaciones nuevas con otras variables y

respuestas.

De respuesta cerrada: en estas los encuestados deben elegir para responder una de

las opciones que se presentan en un listado que formularon los investigadores. Esta

manera de encuestar da como resultado respuestas más fáciles de cuantificar y de

carácter uniforme. El problema que pueden presentar estas encuestas es que no se

tenga en el listado una opción que coincida con la respuesta que se quiera dar, por

esto lo ideal es siempre agregar la opción “otros”.

2.3.2 Entrevistas

La entrevista es una "forma oral de comunicación interpersonal, que tiene como

finalidad obtener información en relación a un objetivo" (Acevedo y López, 2000: p.10).

Adicionalmente, consideran la entrevista como un experimento controlado, ya que se trata

de una “forma estructurada de interacción que es artificial y planificada, dirigida a

objetivos concretos, y que busca la objetividad y el control”.

Las entrevistas tienen un número de variantes casi indeterminadas. Estas variantes

se pueden clasificar de la siguiente manera (Piergiorgio, 2007: p.25):

1. Por su objetivo:

Entrevista Informativa o Noticiosa: Es la que se busca con el fin de obtener

información noticiosa.

Entrevista de Opinión: Sirve para recoger comentarios, opiniones y juicios de

personajes sobre noticias del momento o sobre tema de interés permanente.

22

Entrevista de Personalidad o Semblanza: Es la que se utiliza para captar el carácter,

las costumbres, el modo de pensar, los datos biográficos y las anécdotas de un

personaje para hacer de él un relato escrito.

2. Tipo de Canal usado:

Personalizada: Es el diálogo cara a cara entre el entrevistado y el entrevistador, que

permite una conversación más íntima, donde se pueden ver las reacciones del

entrevistado ante las preguntas que surjan a medida que avanza la entrevista. Esto

permite nutrir más el contenido de la entrevista al momento de ser redactada.

Telefónica: Permite el intercambio de información entre dos personas lejanas entre

sí. En este tipo de entrevista el único elemento que puede determinar alguna

reacción por parte del entrevistado es la voz.

Cuestionario: es la serie de preguntas abiertas o cerradas que son entregadas al

entrevistado, de manera impresa, para que una vez respondida sean entregadas al

entrevistador.

3. Por el Número de personas entrevistadas:

Entrevista propiamente dicha (Individual): Diálogo entre un personaje y un

reportero.

Entrevista colectiva o de prensa (Grupal): Entrevista con uno o más personajes con

varios reporteros. Por lo general se trata de entrevistas noticiosas.

4. Por la Modalidad:

Entrevista NO estructurada o Libre: Se trabaja con preguntas abiertas, sin un orden

preestablecido, adquiriendo características de conversación. Esta técnica consiste

en realizar preguntas de acuerdo a las respuestas que vayan surgiendo durante la

entrevista. Tiene el inconveniente de que pueda pasar por alto áreas de aptitud,

conocimiento o experiencia al obviar preguntas importantes del tema a tratar.

23

Entrevista Estructurada o Formal: Son las entrevistas en las que a todos los

entrevistados se les hacen las mismas preguntas con la misma formulación y el

mismo orden. El estímulo es, por lo tanto, igual para todos los entrevistados. Éstos

sin embargo, tienen plena libertad para manifestar su respuesta. En definitiva se

trata de un cuestionario de preguntas abiertas.

2.4 Métodos de Diseño conceptual

2.4.1 Tormenta de ideas

Según el Ing. Luis Gómez Bravo el objetivo de la tormenta de idea es "Este método

permite producir ideas en grupo progresivamente superiores y más completas o amplias,

sobre los problemas de un área o las causas de los mismo o soluciones a estas últimas"

(1992, p.58).

En la tormenta de ideas se tomarán en cuenta una serie de normas básicas

presentadas por Bravo (1992):

1. Establecer claramente el objetivo de la reunión:

Es clave, previo el inicio de las sesiones, aclarar las expectativas de los

participantes respecto al objetivo de la reunión y establecerlo con precisión, así

como el alcance esperado de la misma.

2. Tamaño óptimo del grupo 15-20 personas.

3. Prohibición estricta de la crítica:

Se prohíbe criticar las opiniones y calificarlas de buena o malas. La persona que se

sienta criticada puede sentirse cohibida para expresarse posteriormente.

4. Libertad y opinión libre

24

No debe haber restricciones a la libre expresión de las ideas en función de aspectos

como jerarquía o responsabilidad sobre la materia de la sesión; se parte del hecho

de que cualquier miembro del grupo puede proponer ideas novedosas

verdaderamente creativas o, si es el caso, ver problemas que otro no han advertidos

como tales.

5. Cuantas más ideas se produzcan mejor, ya que hay más probabilidades de que a

través de ellas se llegue a la idea superior. Debe estimularse la generación de ideas

hasta que éstas se agoten.

6. Aprovechar las opiniones:

Se debe promover la producción de nuevas ideas a partir de la asociación o

perfeccionamiento de otras ya sugeridas.

7. Facilitar la sesión:

Es importante la presencia de un facilitador que conduzca y oriente la reunión y

vigile el cumplimiento de las normas básicas antes descritas y otras específicas

establecidas por los miembros tales como tiempo de la reunión, secuencia, etc.

8. El equipo proponente lleva un registro visible de las ideas producidas para todos los

miembros del grupo.

9. Se anota la fecha y el número de participantes.

2.4.2 Diagrama Causa-Efecto o Ishikawa

El objetivo del diagrama causa-efectos:

Permite analizar de una manera integral, las diferentes causas que explican un problema

determinado, facilitando el proceso de búsqueda de causas al sugerir ramas y agrupaciones de

las mismas. La regla de oro para identificar causas es preguntarse sucesivamente el «Porqué»

de cada situación hasta tanto se agote la explicación (Bravo, 1992, p.65).

Construcción del Diagrama de Ishikawa; también es llamado espina de pescado,

debido a su gran parecido al esqueleto de un pez:

25

1. Identificar el problema y definir en forma sencilla y breve, el efecto o fenómeno

que se quiere analizar. Para que no sea malinterpretado por los miembros del grupo

de trabajo.

2. Colocar el efecto dentro de un rectángulo a la derecha de la superficie de escritura

(cabeza del pescado) y dibujar una flecha, que corresponderá al eje central del

diagrama (columna vertebral), de izquierda a derecha, apuntando hacia el efecto.

3. Identificar las principales categorías dentro de las cuales pueden clasificarse las

posibles causas del problema, cada categoría que se encuentre deberá ser colocada

en rectángulos, saliendo de éstos rectángulos flechas dirigiéndose a la columna

vertebral del pescado.

4. Se procederá a identificar las causas que contribuyen al efecto o fenómeno de

estudio, mediante una lluvia de ideas y teniendo en cuenta sus diferentes

características y peculiaridades. Estas causas se encontrarán ubicadas en las

espinas, que confluyen en las espinas principales del pescado.

5. Si una causa encontrada es muy compleja, esta se puede descomponer en sub-

causas. Estas serán ubicadas en nuevas espinas llamadas espinas menores; las

cuales confluyen a la espina correspondiente

Ilustración 2Espina de Pescado

26

2.4.3 Matriz de Pugh

La matriz de Pugh fue creada por Stuart Pugh (1976), en la Universidad de

Strathclyde en Glasgow, Escocia. También es conocida por una variedad de nombres,

incluyendo el método Pugh, análisis Pugh, método de matriz de decisión, matriz de

decisión, rejilla de decisión, rejilla de selección, matriz de selección, la matriz de

problemas, entre otros.

Esta matriz es una herramienta que permite evaluar múltiples alternativas o posibles

soluciones en comparación con una estándar que representa la situación ideal. Como

modelo de toma de decisiones, la matriz de Pugh sirve para elegir entre una lista de

alternativas. Los criterios más importantes en la decisión son elegidos, y las alternativas se

comparan según estos criterios.

La construcción de la matriz se procede de la siguiente manera:

1. Elegir las ideas o conceptos más importantes

2. Elegir los criterios de evaluación

3. Definir el puntaje con el cual serán evaluados las diferentes ideas o

conceptos

4. Realizar la evaluación

5. Se totaliza el puntaje de cada idea

Ilustración 3Matriz de Pugh

27

2.5 Simulación

La simulación es reproducir el ambiente y las variables (rasgos, apariencia,

características, contexto) de un sistema real. Según Shannon (1988):

La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término

experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar

nuevas estrategias dentro de los límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de

ellos, para el funcionamiento del sistema.

2.5.1 Tipos de simulación

De acuerdo a la naturaleza del modelo empleado, la simulación puede ser por

(Fishman, 1978):

Identidad: Es cuando el modelo es una réplica exacta del sistema en estudio. Es la

que utilizan las empresas automotrices cuando realizan ensayos de choques de

automóviles utilizando unidades reales.

Cuasi-identidad: Se utiliza una versión ligeramente simplificada del sistema real.

Por ejemplo, los entrenamientos militares que incluyen movilización de equipos y

tropas pero no se lleva a cabo una batalla real.

Laboratorio: Se utilizan modelos bajo las condiciones controladas de un

laboratorio. Se pueden distinguir dos tipos de simulaciones:

- Juego operacional: Personas compiten entre ellas, ellas forman parte del

modelo, la otra parte consiste en computadoras, maquinaria, etc. Es el caso

de una simulación de negocios donde las computadoras se limitan a

recolectar la información generada por cada participante y a presentarla en

forma ordenada a cada uno de ellos.

28

- Hombre-Máquina: Se estudia la relación entre las personas y la máquina.

Las personas también forman parte del modelo. La computadora no se

limita a recolectar información, sino que también la genera. Un ejemplo de

este tipo de simulación es el simulador de vuelo.

Simulación por computadora: El modelo es completamente simbólico y está

implementado en un lenguaje computacional. Las personas quedan excluidas del

modelo. Un ejemplo es el simulador de un sistema de redes de comunicación donde

la conducta de los usuarios está modelada en forma estadística. Este tipo de

simulación a su vez puede ser:

- Digital: Cuando se utiliza una computadora digital.

- Analógica: Cuando se utiliza una computadora analógica. En este grupo

también se pueden incluir las simulaciones que utilizan modelos físicos.

2.5.2 Etapas de un estudio de Simulación

Según Banks. J (1996) se pueden distinguir las siguientes etapas en el desarrollo de

una simulación:

Formulación del problema: En este paso debe quedar perfectamente establecido el

objeto de la simulación. El cliente y el desarrollador deben acordar lo más

detalladamente posible los siguientes factores: los resultados que se esperan del

simulador, el plan de experimentación, el tiempo disponible, las variables de

interés, el tipo de perturbaciones a estudiar, el tratamiento estadístico de los

resultados, la complejidad de la interfaz del simulador, etc. Se debe establecer si el

simulador será operado por el usuario o si el usuario sólo recibirá los resultados.

Finalmente, se debe establecer si el usuario solicita un trabajo de simulación o un

trabajo de optimización.

29

Definición del sistema: El sistema a simular debe estar perfectamente definido. El

cliente y el desarrollador deben acordar dónde estará la frontera del sistema a

estudiar y las interacciones con el medioambiente que serán consideradas.

Formulación del modelo: Esta etapa es un arte y será discutida más adelante. La

misma comienza con el desarrollo de un modelo simple que captura los aspectos

relevantes del sistema real. Los aspectos relevantes del sistema real dependen de la

formulación del problema; para un ingeniero de seguridad los aspectos relevantes

de un automóvil son diferentes de los aspectos considerados por un ingeniero

mecánico para el mismo sistema. Este modelo simple se irá enriqueciendo como

resultado de varias iteraciones.

Colección de datos: La naturaleza y cantidad de datos necesarios están

determinadas por la formulación del problema y del modelo. Los datos pueden ser

provistos por registros históricos, experimentos de laboratorios o mediciones

realizadas en el sistema real. Los mismos deberán ser procesados adecuadamente

para darles el formato exigido por el modelo.

Implementación del modelo en la computadora: El modelo es implementado

utilizando algún lenguaje de computación. Existen lenguajes específicos de

simulación que facilitan esta tarea; también, existen programas que ya cuentan con

modelos implementados para casos especiales.

Verificación: En esta etapa se comprueba que no se hayan cometidos errores

durante la implementación del modelo.

Validación: En esta etapa se comprueba la exactitud del modelo desarrollado. Esto

se lleva a cabo comparando las predicciones del modelo con: mediciones realizadas

en el sistema real, datos históricos o datos de sistemas similares. Como resultado de

esta etapa puede surgir la necesidad de modificar el modelo o recolectar datos

adicionales.

Diseño de experimentos: En esta etapa se decide las características de los

experimentos a realizar: el tiempo de arranque, el tiempo de simulación y el

número de simulaciones. No se debe incluir aquí la elaboración del conjunto de

alternativas a probar para seleccionar la mejor, la elaboración de esta lista y su

manejo es tarea de la optimización y no de la simulación. Debe quedar claro

30

cuando se formula el problema si lo que el cliente desea es un estudio de

simulación o de optimización.

Experimentación: En esta etapa se realizan las simulaciones de acuerdo el diseño

previo. Los resultados obtenidos son debidamente recolectados y procesados.

Interpretación: Se analiza la sensibilidad del modelo con respecto a los parámetros

que tienen asociados la mayor incertidumbre. Si es necesario, se deberán recolectar

datos adicionales para refinar la estimación de los parámetros críticos.

Implementación: Conviene acompañar al cliente en la etapa de implementación

para evitar el mal manejo del simulador o el mal empleo de los resultados del

mismo.

Documentación: Incluye la elaboración de la documentación técnica y manuales de

uso. La documentación técnica debe contar con una descripción detallada del

modelo y de los datos; también, se debe incluir la evolución histórica de las

distintas etapas del desarrollo. Esta documentación será de utilidad para el posterior

perfeccionamiento del simulador

2.5.3 Modelos de Simulación

Para Romero Alejandro y Salazar Dimas (2007).

Un modelo es un patrón, plan, representación o descripción diseñada para mostrar la

estructura de un objeto, sistema o concepto. Existen diversos tipos de modelos, entre los

cuales podemos mencionar los modelos empíricos y mecanicistas.

Los modelos empíricos son modelos que nacen de los datos obtenidos de instalaciones de

prueba de laboratorio, tales como: características físicas del gas y el líquido, caudales

volumétricos de las fases, las presiones de entrada y salida de la tubería, el diámetro y la

inclinación, etc. Los datos de campo también son incorporados a veces en el sistema.

Los modelos mecanicistas, también llamados heurísticos, son modelos mecánicos que toman

en consideración los mecanismos físicos implicados en los procesos. Para lograr estos

modelos se requiere un acercamiento experimental y teórico colectivo, haciendo uso de

instalaciones sofisticadas para la medida de variables cruciales. Existe un tercer tipo de

modelo correspondiente a los modelos unificados, los cuales toman lo mejor de los modelos

31

empíricos y heurísticos, dándole mayor aplicabilidad en comparación con los modelos

anteriores usado por separados. (p. 6).

2.5.4 El simulador por computadora

Según Tarifa un simulador por computadora consta de las siguientes partes (2011):

Un modelo: Es un modelo simbólico. Puede ser un conjunto de

ecuaciones, reglas lógicas o un modelo estadístico.

El evaluador: Es el conjunto de procedimientos que procesarán el modelo

para obtener los resultados de la simulación. Puede contener rutinas para

la resolución de sistemas de ecuaciones, generadores de números

aleatorios, rutinas estadísticas, etc.

La interfaz: Es la parte dedicada a interactuar con el usuario, recibe las

acciones del mismo y presenta los resultados de la simulación en una

forma adecuada. Esta unidad puede ser tan compleja como la cabina

utilizada en los simuladores de vuelos profesionales. (p. 4).

2.6 ANSYS

La compañía ANSYS Inc, forma abreviada de ANalysis SYStem, fue fundada en

1970 con la función de desarrollar y prestar soporte a la ingeniería con programas de

elementos finitos destinados a la simulación. ANSYS posee varios modelos de simulación,

tales como:

• Mecánica estructural (Ansys Structural Mechanics): incluyen análisis estáticos y

dinámicos (lineales y no lineales), análisis modales, térmicos, acústicos y de fatiga.

• Multifísicos (Ansys Multiphysics): permite a los ingenieros y diseñadores crear

virtualmente prototipos que simulen fenómenos acoplados de física e ingeniería.

• Dinámica de fluidos (Ansys CFD, CFX, Fluent): resuelve problemas de mecánica

de los fluidos y fluidodinámica.

32

• Electromagnéticos (High-Performance Electronic Design, Electromechanical

Design): con los cuales es posible analizar motores y generadores eléctricos,

componentes electrónicos de alta velocidad, entre otros.

Este software ofrece un completo conjunto de comportamientos de elementos,

modelos, materiales y de resolución de ecuaciones para un amplio rango de problemas de

la ingeniería. Además ANSYS ofrece análisis térmico y funciones acopladas a la física que

engloban análisis acústicos, piezoeléctricos, térmico-estructurales y termoeléctricos.

El modelado y simulación se realiza en las siguientes 3 etapas

2.6.1. Preprocesador

El preprocess o preprocesador sirve para originar datos necesarios de un problema,

que luego se utilizan como entrada para el siguiente menú solución. Los datos necesarios

para iniciar la simulación son los siguientes:

• Las propiedades del material.

• El modelo geométrico.

• El mallado de la geometría.

• Las cargas y las condiciones del contorno.

2.6.2. Solución

Con el menú de Solution o Solución se puede precisar el tipo de análisis y después

solucionar el problema. Esta etapa es completamente automática. En base a los valores

nodales y sus derivadas, el análisis de elementos finitos genera matrices de elementos y

guarda los resultados en archivos.

2.6.3. Post-procesador

Fundamentalmente se utiliza el Postprocessor o post-procesador para exponer los

resultados del cálculo gráficamente y chequear la validez de la soluciones. Además de

visualizaciones el post-procesador también permite el uso de tablas y gráficas.

33

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

La metodología a utilizar en este Trabajo Especial de Grado estará basada en el

método científico o de ingeniería para el desarrollo de la investigación, la cual está

representada en las siguientes fases:

3.1 FASE 1: Determinación de las necesidades y situación actual

Para dar inicio a la presente investigación se tomaron en cuenta todos los elementos

que estén involucrados en el problema a tratar, así como fronteras y limitaciones que se

manifiesten al transcurrir este trabajo especial de grado. Será llevado a cabo una

investigación por medio del método científico, basándose en los procesos de normalización

necesarios que se manejen en el campo de la ingeniería. En esta fase se determinarán todos

los elementos que giren en torno a los laboratorios, y de existir un problema con estos,

realizar un análisis intensivo. El propósito de esta fase es dejar en claro no solo los pilares

fundamentales del trabajo especial de grado sino especificar cuál es la meta deseada sin

desistir hasta lograr el objetivo final.

3.1.1 Situación Actual

La UCV tiene como principal misión “crear, asimilar y difundir el saber mediante

la investigación y la enseñanza; completar la formación integral iniciada en los ciclos

educacionales anteriores; y formar los equipos profesionales y técnicos que necesita la

nación para su desarrollo y progreso”. Partes de sus objetivos son “fomentar la

investigación de nuevos conocimientos en beneficio del bienestar y progreso del ser

humano, de la sociedad y del desarrollo independiente de la nación, dirigir la enseñanza

34

hacia la formación integral de profesionales y a la capacitación del individuo en función de

las necesidades de la sociedad y su desarrollo”.

De acuerdo con lo definido por la UCV, “La Facultad de Ingeniería de la

Universidad Central de Venezuela, es el primer centro en la formación de profesionales de

la ingeniería y uno de los principales generadores de conocimiento científico-tecnológico

del país. Para el desarrollo de sus actividades, la FI-UCV dispone de un excelente equipo

de docentes e investigadores de alto nivel, modernas instalaciones, laboratorios y centros

de investigación dotados con una estructura tecnológica de vanguardia”. La escuela de

Ingeniería Mecánica (EIM) es una de las siete especialidades con las que cuenta la FI-UCV

donde se imparten conocimientos y se estimula a la investigación mediante una

metodología teórica que se complementa de forma prácticas en los laboratorios.

La EIM-FI consta con 4 departamentos, se trabajó directamente con el

departamento de diseño; el cual dicta 8 asignaturas de carácter obligatorio para obtener el

título de Ingeniero Mecánica, estos son: Dibujo, Diseño Máquinas I, Diseño Máquinas II,

Diseño Conceptual, Mecánica de Sólidos I, Mecánica de Sólidos II, Mecánica de Máquinas

y Vibraciones Mecánicas.

La asignatura Mecánica de Sólidos II (Ver Anexo 1) analiza y modela los efectos

en el interior de un cuerpo deformable por su interacción con las cargas externas. Estas

cargas externas cambian la geometría del sólido produciendo lo que se define como

esfuerzos y deformaciones y a su vez se hace un estudio exhaustivo del efecto de la Fatiga.

En el Laboratorio de Mecánica de Sólidos II, teóricamente se dictan 7 distintas

prácticas de laboratorio, en el cual se trabajó directamente con las pruebas dictadas sobre

los ensayos destructivos de Fatiga.

Específicamente, la práctica del ensayo de fatiga dirigida a los estudiantes de la

EIM se realiza desde hace aproximadamente 4 años en la Escuela de Ingeniería

Metalúrgica y Ciencia de los Materiales (EIMCM), esta actividad llevada a cabo en

conjunto por las dos escuelas, más que una práctica es una charla demostrativa en donde se

presentan las características de diferentes máquinas que realizan los distintos ensayos de

fatiga; mientras la charla se realiza, se ensaya una probeta de acero en una máquina de

fatiga de flexión rotativa.

35

3.1.2 Beneficios de un ensayo de Fatiga.

Los ensayos de fatiga, consisten en medir la resistencia que posee un material a los

esfuerzos que siendo variables e inferiores a los de rotura o el límite elástico, pueden

provocar una rotura. El análisis de fatiga es de gran importancia, principalmente si se

utiliza como una herramienta para ver características y tendencias de un posible fallo a

fatiga, ya que aproximadamente el 80% de los fallos en servicio de las piezas metálicas son

causados por fatiga.

Variando parámetros y contrastando estimaciones de vida, se pueden observar

tendencias que favorezcan un diseño más confiable. Exclusivamente a través de estudios

comparativos, el ingeniero podrá obtener un conocimiento real de los mecanismos de

trabajo, así como también durante el ensayo, se puede dar a conocer el factor de seguridad

a la tensión, factor de seguridad a fatiga, vida a fatiga y factor de daño.

3.1.3 Aceptación del problema.

En primera instancia el hecho de que la práctica sobre el fenómeno de la fatiga no

se realiza en la EIM desde hace tiempo, hace que estos futuros ingenieros mecánicos

cuando entren al campo laboral, se encuentren en desventaja con respecto a otros

ingenieros mecánicos que si posean una formación práctica sobre los ensayos de fatiga. Al

admitir que haya una deficiencia en el laboratorio de Mecánica de Sólidos II, se logró el

primer paso que es la aceptación del problema, para así poder iniciar un estudio exhaustivo

y poder generar la solución más adecuada para este problema, y además generar un cambio

para la mejora de la formación de los futuros ingenieros de la EIM-UCV.

36

3.1.4 Encuestas

El tipo de encuesta que se utilizó en este trabajo especial de grado fue de carácter

descriptivo y de respuesta cerrada, que indaguen y reflejen la realidad actual de los

laboratorios; está fue formulada en base a la Organización Internacional de Normalización;

siglas en Ingles ISO, es el organismo encargado de promover el desarrollo de normas

internacionales de fabricación (tanto de productos como de servicios), comercio y

comunicación para todas las ramas industriales a excepción de la eléctrica y la electrónica.

La norma específica por la cual se rige la encuesta es la ISO 17025:2005, es una

normativa internacional en la que se establecen los requisitos que deben cumplir los

laboratorios de ensayo y calibración. Se trata de una norma de calidad y se distingue en

que aporta como principal objetivo la acreditación de la competencia de las entidades de

ensayo y calibración, por las entidades regionales correspondientes.

Se establecieron dos tipos de individuos (encuestados), el primero de ellos serán los

estudiantes, con este grupo emplearemos una encuesta cerrada que enfoque parámetros

directos y de fácil visualización. El segundo tipo de individuos está formado por el

personal docente y preparadores que dictan el laboratorio, con ellos se aplicará una

segunda encuesta parcial con características más profundas y objetivas que la anterior.

Un aspecto importante es que la encuesta se utilizó como un recurso de carácter

exploratorio de la situación actual, es decir, como una de las tantas herramientas para

diagnosticar el problema en estudio, la investigación no se basó totalmente en los

resultados de la misma, ya que se aplicaron otros métodos de diseño conceptual que

ayudaron a realizar un mejor bosquejo de la situación.

3.1.4.1 Encuestas a profesores, preparadores y jefes de departamento.

En la elección de los encuestados se delimitó a los jefes de los departamentos que

posee la EIM-UCV, como las personas de mayor cargo y conocimientos respecto a los

37

distintos laboratorios de su jurisdicción, esto se hizo para recolectar información del estado

general en los cuales se encuentran los laboratorios y así poder tener una perspectiva más

global del problema. Los jefes encargados de los departamentos son los siguientes:

• Jefe del departamento de Diseño.

• Jefe del departamento de Automática.

• Jefe del departamento de Tecnología de Producción.

• Profesor encargado del Laboratorio de la materia Turbo máquinas.

Otros de los encuestados fueron los profesores encargados de dictar la asignatura

Mecánica de Sólidos II, el encargado de los laboratorios y los preparadores que dictan los

laboratorios de esta cátedra. Estos entrevistados son de especial importancia debido a que

se recolectó una información más específica del estado actual de los laboratorios y del

ensayo de fatiga.

3.1.4.1.2 Instrumento para la recolección de datos

Esta encuesta constara de 54 preguntas, que se encuentran desplegadas en 8

segmentos, que son los siguientes:

• Selección de métodos: este segmento consta de 8 preguntas, las cuales se

encargan de determinar si la metodología usada en los laboratorios es adecuada

y si se encuentra normalizada, como también comprobar la calidad de los

métodos utilizados en el ensayo.

• Equipos: este segmento consta de 14 preguntas, las cuales tiene como función

determinar si los equipos utilizados en los ensayos cumplen con las normas.

• Trazabilidad de las mediciones: este segmento consta de 4 preguntas, donde se

procederá a evaluar si las mediciones realizadas en los ensayos cumplen con las

normas y si poseen un procedimiento estándar o normalizado.

• Muestreo: este segmento consta de 2 preguntas, que tienen como función

determinar si los laboratorios poseen algún tipo de procedimiento para registrar

los datos, operaciones y muestreo de los ensayos.

38

• Manipulación de los ítems de ensayo: este segmento consta de 6 preguntas, las

cuales se encargaran de evaluar si los laboratorios cumplen con la manipulación

de los distintos ítems que se presenten.

• Informe de los resultados: este segmento consta de 6 preguntas, donde se

procederá a evaluar si los informes realizados en los ensayos cumplen con la

norma.

• Personal: este segmento consta de 7 preguntas, que tienen como función

determinar si los laboratorios poseen personal capacitado para dictar los

laboratorios.

• Ambiental: este segmento consta de 10 preguntas, las cuales se encargan de

determinar si el ambiente de los laboratorios es adecuado y si sigue la norma.

Para más información detallada del objetivo de cada una de las preguntas de las 54,

ver el Anexo 3.

3.1.4.1.2 Formato de las encuestas a los profesores, preparadores y

jefes de departamento.

La norma específica por la cual se rige la encuesta es la ISO 17025:2005 es una

normativa internacional en la que se establecen los requisitos que deben cumplir los

laboratorios de ensayo y calibración.

El formato utilizado en las encuesta de los profesores, preparados y jefes de

departamento (Anexo 4), consta de una primera página con una breve explicación del

motivo de la encuesta y su respectiva instrucción de cómo responder el cuestionario, luego

posee 9 páginas donde se encuentran 54 preguntas con posibilidades de dar respuestas

afirmativas o negativas y a su vez calificarla según una escala que va desde el 1al 5.

Asignándole a 1 un valor de Muy Mala y al 5 un valor de Excelente.

39

3.1.4.1.3 Resultados de las encuestas a los profesores, preparadores y

jefes de departamento.

Para continuar con el diagnóstico relacionado con el estado actual de los

laboratorios de la EIM, no podemos obviar uno de los gremios más importantes, como lo

son los profesores. Sin embargo es importante resaltar que esta investigación se enfocó en

la opinión de los jefes de los 4 departamentos que conforman a la EIM y algunos

profesores involucrados en el uso de los laboratorios.

A pesar de contar con un amplio margen de profesores para saber el criterio de

éstos con respecto a los laboratorios, no se logró la colaboración de todos por diferentes

motivos, por lo que se recurrió no sólo a los jefes de departamentos sino también a

profesores involucrados con las diversas áreas de los laboratorios que componen a la EIM.

Para el siguiente análisis se utilizó un elemento fundamental como lo son las

gráficas, así como el uso de porcentajes que generan una opción ganadora y que no sólo se

pueda visualizar sino contabilizar para sacar conclusiones a la postre.

40

Gráficos 1Encuestas Profesores-Selección de métodos

1. ¿Cómo es la metodología desarrollada en el ensayo por parte del laboratorio?

2. ¿Se realizan métodos no normalizados para realizar el ensayo?

3. ¿La validación de los resultados obtenidos en el ensayo cumplen con los objetivos

esperados?

4. ¿La gama y exactitud de los resultados que se obtienen empleando los métodos

validados son adecuados para el uso de las necesidades del estudiante?

5. ¿El laboratorio posee un procedimiento para estimar la incertidumbre de las

mediciones realizadas en el ensayo?

6. ¿Los métodos analíticos utilizados en el ensayo para la estimación de la

incertidumbre son?

7. ¿Los cálculos obtenidos en el ensayo están sujetos a verificaciones de una manera

sistemática?

8. ¿Se utilizan equipos computarizados para captar, procesar, registrar, informar,

almacenar y recuperar los datos de los ensayos?

41

El primer tópico de las encuestas realizadas a los profesores es la selección de

métodos, este punto se refiere a los criterios que son tomados en cuenta cuando se realizan

las prácticas en cada asignatura que posee laboratorios. Un total de 8 preguntas, para las

cuales los encuestados en un 66% coincidieron en que la selección de métodos a nivel

general se encuentra en un buen estado, sin embargo llama la atención el hecho de que el

porcentaje que se le da a la opción de muy mala es despreciable en comparación con las

otras opciones.

Gráficos 2Encuestas Profesores-Equipos

9. ¿El laboratorio está provisto con todos los implementos para realizar el muestreo y la

medición requerida para la correcta ejecución del ensayo?

10. ¿Las exactitudes arrojadas por el software y los equipos utilizados en el ensayo son?

11. ¿Los equipos utilizados en los ensayos son operados por personal autorizado?

12. ¿Todos los equipos y software utilizados en el ensayo están correctamente

identificados?

13. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen el nombre del fabricante?

14. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen identificación del modelo?

42

15. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen número de serie?

16. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen las instrucciones del fabricante?

17. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen un plan de mantenimiento y un registro

de éstas?

18. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen un registro de los daños,

modificaciones o reparaciones?

19. ¿Cómo calificaría la limpieza de los equipos utilizados en el ensayo?

20. ¿Cómo calificaría la manipulación de los equipos utilizados en el ensayo?

21. ¿Si el equipo sufre algún siniestro o daño, se puede proceder a realizar una

calibración antes de ponerla en funcionamiento de nuevo?

22. ¿Los equipos utilizados en el ensayo están protegidos contra ajustes que puedan

invalidar los resultados?

Para algunos de los entrevistados ésta fue la sección más importante y difícil de

responder, pues se enfoca no solamente en el estado de los equipos de los laboratorios, sino

también en la antigüedad y cantidad de éstos. La variación existente en los resultados es

abrumadora, una pequeña tendencia del 15% aproximadamente da como valoración

predilecta la opción de “mala” aunque vale destacar que las opciones 4 y 5 respectivamente

se encuentran huérfanas ya que el aporte a los resultados finales son casi despreciables.

Cuando ahondamos un poco más en los valores numéricos arrojados por esta sección,

encontramos una clara deficiencia en lo que se refiere a los equipos que se utilizan en los

laboratorios de la EIM.

43

Gráficos 3Encuestas Profesores-Equipos

24. ¿El laboratorio posee un programa y un procedimiento para la calibración de sus

equipos?

25. ¿Cuál es la confiabilidad de las calibraciones y las mediciones realizadas a los

equipos utilizadas en los ensayos?

26. ¿El laboratorio se asegura que los equipos utilizados en los ensayos puedan proveer

las incertidumbres en las mediciones requeridas?

27. ¿El laboratorio tiene un procedimiento para la calibración basada en patrones de

referencia?

Este punto toma en cuenta la calidad y eficacia de los métodos, equipos, sistemas y

elementos que se utilizan en la calibración de los recursos utilizados en los laboratorios.

Como se puede observar hay una tendencia casi absoluta en la opción “muy mala” con un

85%, sin embargo, en la pregunta 24 se refleja una variación en los resultados hacia la

opción “bueno” sin que afecte mucho al estado de calibración de los equipos.

44

Gráficos 4 Encuestas Profesores-Muestreo

28. ¿El laboratorio posee un plan y un procedimiento para realizar el muestro de los

materiales que luego serán utilizados en el ensayo?

29. ¿El laboratorio posee procedimientos para registrar los datos y las operaciones

relacionadas con el muestreo realizado en los ensayos?

Este punto tiene que ver con la población de probetas que fueron sometidas en el

ensayo con el objetivo de observar su comportamiento para luego arrojar resultados muy

cercanos a los usados en la práctica profesional, así como también el registro de datos y

operaciones relacionados a dicha población. A nivel general ambas preguntas tuvieron

valores “altos” por lo que podemos decir que los profesores están conformes o de acuerdo

con las muestras empleadas y de la manera en como son utilizadas en un 66%.

45

Gráficos 5Encuestas Profesores-Manipulación de los ítems del ensayo

30. ¿El laboratorio posee procedimientos para el transporte, la recepción, la

manipulación, la protección, el almacenamiento de los ítems utilizados en el ensayo?

31. ¿El laboratorio posee un sistema para la identificación de los ítems del ensayo?

32. ¿Cómo es la evaluación de los ítems utilizados en el ensayo por parte del personal

del laboratorio?

33. ¿Cómo calificaría los procedimientos e instalaciones existentes para almacenar y

evitar el deterioro, pérdida o daño de los ítems utilizados en el laboratorio?

34. ¿Cómo calificaría el nivel del control de calidad de los procedimientos llevados a

cabo en el laboratorio?

35. ¿El personal que dicta el laboratorio cuenta con criterios predefinidos para tomar

acciones en cuanto a la corrección de un resultado no esperado?

Este segmento se refiere al manejo de los componentes del laboratorio asociados a

los distintos ensayos como lo son la debida identificación, lista de materiales empleados; es

decir todo lo que tiene que ver con la auditoría del laboratorio; así como también se

observó tópicos orientados al control de calidad de los diferentes laboratorios. Se observó

46

como a niveles generales las preguntas obtuvieron valores “altos”, sin embargo

observamos un 55% notable dirigido a valoraciones “medias” y otro porcentaje un poco

más bajo dirigido a valoraciones “bajas”, lo que da a entender que a pesar de que se cuente

con una auditoría y control de calidad aceptable hay una ausencia de métodos y

herramientas más rigurosas para llevar dichas técnicas a cabo.

Gráficos 6Encuestas Profesores-Informe de los resultados

47

Gráficos 7Encuestas Profesores-Informe de los resultados

36. ¿Cuándo es finalizado cada ensayo, el informe final presentado al cliente posee los

siguientes ítems?

1. Título.

2. Identificación del método utilizado.

3. Descripción, condición e identificación de los ítems ensayados.

4. Los resultados de los ensayos con sus unidades de medición

correspondiente.

37. ¿Cómo calificaría las condiciones bajo las cuales fueron hechas las calibraciones y su

influencia en los resultados de la medición?

38. ¿Existen procedimientos para tomar en cuenta las opiniones o recomendaciones de

las personas a cuales se le dicta el ensayo?

Podemos observar que la estructura de los informes del laboratorio según los

profesores encargados cumple con los requerimientos de la norma ISO 9001.

48

Gráficos 8Encuestas Profesores-Personal

39. ¿Las personas encargadas de dictar las prácticas están calificadas para trabajar con

los equipos?

40. ¿El personal que dicta la práctica tiene la supervisión adecuada, para la certificación

del conocimiento?

41. ¿El departamento encargado del laboratorio formula metas para supervisar la

educación, formación y habilidades del personal de laboratorio?

42. ¿Las políticas y los procedimientos para la formación del personal son?

43. ¿El laboratorio realiza periódicamente pruebas de aptitud para mantener actualizado

el personal de trabajo?

44. ¿Se realizan pruebas para mantener a los equipos involucrados en el ensayo

calibrados?

45. ¿Qué nivel de calibración periódica se le realizan a los equipos involucrados en el

ensayo?

Uno de los puntos más importantes de esta encuesta es “personal” ya que dictamina

a través de los profesores la calificación que poseen técnicos, preparadores, y demás

material humano que dictan las prácticas en los laboratorios. Existe una tendencia muy

49

marcada con un 66% que refleja el buen estado que presenta el personal que trabaja en los

laboratorios, aunque es llamativo el porcentaje obtenido en la pregunta 41.

Gráficos 9 Encuestas Profesores-Ambiental

46. ¿El montaje del ensayo es?

47. ¿La iluminación del ensayo es?

48. ¿Las condiciones ambientales donde se lleva a cabo el ensayo son?

49. ¿El laboratorio supervisa los niveles de polvo?

50. ¿El laboratorio supervisa los niveles de humedad?

51. ¿El laboratorio supervisa los niveles de temperatura?

52. ¿El laboratorio supervisa los niveles de ruido?

53. ¿El laboratorio supervisa los niveles de vibración?

54. ¿El área donde se desarrolla el ensayo está retirado de actividades incompatibles?

55. ¿Las medidas para asegurar el orden y la limpieza del laboratorio son?

50

Se refiere a las condiciones ambientales del laboratorio en donde es llevado a cabo

el ensayo y la supervisión de las mismas; se puede observar una igualdad en valores

“altos” y “bajos” de las preguntas realizadas, aunque existe una diferencia del 5% entre

ambas lo que refleja que no se toman o no deben ser tomados en cuenta ciertos criterios,

también se observa que los niveles de limpieza del laboratorio son adecuados.

3.1.4.2 Encuestas a los estudiantes

Para la encuesta realizada a los alumnos se procedió a la creación de una encuesta

constituida por 10 preguntas, enfocadas en los elementos que debe dominar en teoría un

estudiante que haya realizado el laboratorio. Sin embargo la calificación de dicha encuesta

será independiente, lo que se refiere a que cada pregunta constará de un nivel de

puntuación diferente dependiendo de su importancia. De igual manera la supervisión de

esta calificación estará a cargo del ingeniero Didier Bermúdez.

Se obtuvo una muestra de 100 estudiantes pertenecientes a la población de

estudiantes integrantes de la EIM, los cuales hayan cursado la asignatura Mecánica de

Sólidos II.

A continuación se presenta una tabla, en la cual están incluidas las preguntas

realizadas a los respectivos entrevistados con una breve explicación del objetivo trazado en

cada una de ellas:

3.1.4.2.1 Instrumentos para la recolección de datos

Para esta etapa se implementó una encuesta que se elaboró bajo la norma ISO 9001,

la cual consta de 10 preguntas dirigidas hacia los estudiantes que reciben las prácticas. Para

más información detallada del objetivo de cada una de las preguntas de las 10, ver el

Anexo 5.

51

3.1.4.2.2 Formato de las encuestas a los estudiantes.

El formato utilizado en las encuestas de estudiantes (Anexo 6), consta de una

primera página con una breve explicación del motivo de esta y su respectiva instrucción de

cómo responder el cuestionario, luego posee 2 páginas donde se encuentran 10 preguntas

con posibilidades de dar respuestas afirmativas o negativas y a su vez calificarla según una

escala que va desde el 1 con un valor de Muy Mala, al 5 con un valor de Excelente.

3.1.4.2.3 Resultados de las encuestas a los estudiantes.

Una vez procesado todas las 100 encuestas realizadas a los alumnos de EIM se

continuó a hacer un estudio de los resultados obtenidos.

Gráficos 10Encuesta Alumnos- Pregunta 1

1 Muy mala 2 Mala 3 Regular 4 Buena 5 Excelente

Contenido de las practicas 0% 29% 26% 45% 0%

Infraestructura, suministro yequipos

30% 56% 9% 0% 5%

Aporte de conocimientos,habilidades y técnicas

4% 26% 52% 18% 0%

0%

29% 26%

45%

0%

30%

56%

9% 0% 5% 4%

26%

52%

18%

0% 0%

10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

Po

rcen

taje

Valoración

¿Cuál es su opinión sobre el estado del laboratorio?

52

La primera pregunta (Gráfico 10) que se realizó en la encuesta se basa en el estado

del laboratorio; esta pregunta se separó en 3 renglones. El primer renglón es concretamente

sobre el contenido de las prácticas el cual un 45% de los encuestado opinaron que es

buena, un 29% opinó que es mala y a su vez un 26% opinó que el contenido de las

prácticas en regular y a esto se le debe sumar un porcentaje muy bajo, que es la opción

muy mala y excelente que obtuvieron un 0%.

El segundo renglón es específicamente sobre el estado de la infraestructura,

suministros y equipos del laboratorio; en este aspecto se obtuvo un alto porcentaje 56%

que su estado es mala, un estado muy malo se obtuvo un 30%, con un porcentaje del 9%

los encuestados opinaron que el estado es regular y con un bajo porcentaje menor al 5% se

estableció que el estado es buena o excelente.

El tercer y último renglón es sobre el aporte de conocimientos, habilidades y

técnicas del laboratorio, con un altísimo 52% los encuestados opinaron que es regular,

consecuentemente se encuentra con un 26% la opción mala, un 18% de los alumnos

estableció que es buena y por ultimo con muy bajos porcentajes se encuentran las opciones

muy mala y excelente con 4% y 0% respectivamente.

Gráficos 11 Encuesta Alumnos-Pregunta 2

La segunda pregunta trató sobre si los estudiantes consideran que los conocimientos

impartidos en la teoría se complementan con el laboratorio, en esta pregunta los

encuestados opinaron con un 51% que sí, sin embargo un 44% opinó que no. (Gráfico 11)

51% 44%

0%20%40%60%80%

100%

Si No

Po

rcen

taje

Valoración

2. ¿Considera usted que los conocimientos impartidos en teoría se complementan con

el laboratorio?

53

Gráficos 12Encuesta Alumnos-Pregunta 3

Un altísimo 91% de los alumnos de la EIM considera apropiado la posibilidad de

obtener experiencias vivenciales mediante un laboratorio, mientras que un muy bajo

porcentaje de 9% dijo que no considera apropiado. (Gráfico 12).

Gráficos 13Encuesta Alumnos-Pregunta 4

Los encuestados establecieron con un contundente 91% que las prácticas no

deberían limitarse al conocimiento impartido en la teoría en contraste con un 9% que opinó

que sí deberían limitarse. (Gráfico 13)

91%

9%

0%20%40%60%80%

100%

Si No

Po

rcen

taje

Valoración

3. ¿Considera usted apropiado la posibilidad de obtener experiencias vivenciales mediante un laboratorio?

9%

91%

0%20%40%60%80%

100%

Si No

Po

rcen

taje

Valoración

4. ¿Considera usted que las practicas deberían limitarse al conocimiento de la teoría?

54

Gráficos 14Encuesta Alumno-Pregunta 5

Al preguntarles a los alumnos de la EIM, si consideran que el laboratorio actual

aporta conocimiento en la formación del ingeniero, se encontraron resultados muy

cercanos; con un 52% el estudiantado respondió de manera afirmativa mientras que el resto

respondió de manera negativa. (Gráfico 14)


En la pregunta 6 se preguntó a los encuestados si consideraban que los laboratorios

actuales aportan experiencia en la formación del ingeniero, con un altísimo porcentaje del

74% los estudiantes respondieron de manera negativa, mientras un bajo 24% respondió de

manera positiva. (Gráfico 15)

48% 52%

0%20%40%60%80%

100%

Si No

Po

rce

nta

je

Valoración

5. ¿Considera usted que el laboratorio actual aporte conocimientos en la formación del ingeniero?

26%

74%

0%20%40%60%80%

100%

Si No

Po

rcen

taje

Valoración

6. ¿Considera usted que los laboratorios actuales aportan experiencia en la formación del ingeniero?

55


Se observó con un completo acuerdo de parte de los 100 encuestados de la EIM,

que los laboratorios podrían ser un espacio de enseñanza que aporten experiencias técnicas.

(Gráfico 16)


Un 100% de los usuarios opinó que es necesaria la creación de un nuevo

laboratorio. (Gráfico 17)

100%

0% 0%

20%40%60%80%

100%

Si No

Po

rcen

taje

Valoración

7. ¿Considera usted que los laboratorios podrían ser un espacio de enseñanza que aporten experiencias técnicas?

100%

0% 0%

20%40%60%80%

100%

Si No

Po

rcen

taje

Valoración

8. ¿Considera necesario la creación de un nuevo laboratorio?

56

Gráficos 18 Encuesta Alumno-Pregunta 9.1

Gráficos 19Encuesta Alumno-Pregunta 9.2

La pregunta 9 de la encuesta estaba destinada a calificar a las personas encargadas

de dictar la prácticas (Gráfico 18), esta calificación se procedió de la siguiente manera,

primero los alumnos opinaron de manera positiva o negativa; en este caso se observó que

un 25% de los encuestados opina que los encargados de dictar las prácticas no se

encuentran calificados, sin embargo un alto porcentaje de 75% opina lo contrario.

A partir de este 75% de estudiantes que juzgó de manera afirmativa, se puede

observar en el Gráfico 19 que un 42% de estos opinó que las personas encargadas de dictar

las prácticas están calificadas de manera buena, mientras que un 37% opinó que su

calificación era regular, los porcentajes de las opciones mala y excelente fueron bastante

bajos con respecto a los dos primeros, y no se obtuvo ningún resultado en la opción de muy

mala.

75%

25%

0%20%40%60%80%

100%

Si No

Po

rcen

taje

Valoración

9.1 ¿Considera usted que las personas encargadas de dictar las practicas están calificadas?

0% 19%

37% 42%

2% 0%

20%40%60%80%

100%

1 2 3 4 5

Po

rcen

taje

Valoración

9.2 ¿Considera usted que las personas encargadas de dictar las practicas están calificadas?

57


A los estudiantes de la EIM se les pregunto cómo calificarían la limpieza de los

quipos utilizados en el ensayo, estos opinaron con un 49% que la limpieza es regular,

mientras que un 34% opinó que es mala, el porcentajes de la opción muy malo fue bastante

baja con respecto a los dos primeros, y no se obtuvo ningún resultado en las opciones

buena y excelente. (Gráfico 20)

3.1.5 Entrevistas

El tipo de entrevista que se usó es del tipo estructurada; llamada también formal o

planificada, se caracteriza por estar rígidamente estandarizada, se plantean idénticas

preguntas y en el mismo orden a cada uno de los participantes.

3.1.5.1 Selección de personas a ser entrevistadas

Los principales aspectos para la selección de las personas a las cuales se entrevistó

fueron:

Antigüedad en la EIM y aporte sobre la misma.

Experiencia con relación a los laboratorios de la EIM.

17% 34%

49%

0% 0% 0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 2 3 4 5

Po

rcen

taje

Valoración

10. ¿Como calificaría la limpieza de los equipos utilizados en el ensayo?

58

La relación que pueda tener con la EIM y su noción sobre la misma.

Experiencia en el área de Mecánica de sólidos II.

Experiencia en el área de Diseño.

Al momento de elegir a los entrevistados se delimitó al Jefe del Departamento de

Diseño y al encargado de dictar la cátedra de Diseño Conceptual, a su vez otros de los

entrevistados fueron los profesores encargados de dictar las asignaturas Mecánica de

Sólidos I y Mecánica de Sólidos II.

Otras de las personas que fueron entrevistadas fueron los profesores pertenecientes

a la EIM cuyas entrevistas son de vital importancia, muchos de ellos hablaron sobre el

estado de los laboratorios, y dieron su opinión sobre la historia y retrospectiva de cómo han

evolucionado éstos. El formato de las entrevistas no se presta para realizar análisis

cuantitativo, sino cualitativo.

59

3.1.5.2 Formato de las Entrevista

60

3.1.5.2.1 Entrevistados

El formato de las respuestas de los distintos entrevistados se pueden observar en el

Anexo 7.

3.1.6 Identificar los factores que afectan el problema.

En una primera instancia se procedió a diagnosticar y a evaluar las condiciones en

las que actualmente se encuentran las instalaciones del laboratorio de diseño de la EIM-

UCV, en donde debería ser realizado el ensayo de fatiga que complementa la formación

práctica de la materia mecánica de sólidos II. Esta evaluación se realizó recopilando

información del laboratorio de interés, a través de entrevistas y encuestas dirigidas a

técnicos, alumnos, preparadores y a profesores encargados de la manipulación, uso y

mantenimiento de la máquina usada para realizar el ensayo de fatiga.

Se pudo identificar los factores más importantes que afectan al problema, éstos son

el bajo o la falta total de presupuesto dirigido a los laboratorios, como a su vez la falta de

mantenimiento de los equipos que operan dichos laboratorios y también la antigüedad de

los equipos; esto genera una falta de innovación en el laboratorio.

3.1.7 El método de ingeniería y el pensamiento estadístico

Para organizar y clasificar la recolección de información acerca de todos los

elementos que involucran el problema, se procedió a utilizar el método de recolección de

datos en ingeniería, el cual posee 3 vertientes de investigación las cuales son:

Un estudio retrospectivo utilizando datos históricos

Un estudio observacional

Un experimento diseñado

61

3.1.7.1 Un estudio retrospectivo utilizando datos históricos

Para trasladarse hacia el enfoque principal del problema se utilizó antecedentes e

investigaciones previas para adaptarse al problema en lo que respecta al pasado, presente y

futuro. En esta etapa el número de datos recopilados juega un papel fundamental, ya que

mientras mayor cantidad de información exista se realizará un mejor análisis y conclusión

final.

En el año 1973, De Anta y Santini proponen una investigación acerca de las causas

que han deteriorado el aprendizaje acerca de los laboratorios realizados en la EIM, sin

embargo proponen como solución la capacitación de un espacio y elaboración de manuales

o guías para llevar a cabo cada ensayo. Al transcurrir el tiempo esta investigación sirvió de

semilla para estimular y motivar a cada vez más gente en la búsqueda de soluciones en lo

que respecta a los laboratorios, tales como mejoras en la capacitación de los que dictan las

prácticas, acondicionamiento de espacios, entre otras funciones que son expresadas en los

antecedentes de esta investigación.

Para la última etapa de este método obtenemos la recopilación de información de la

población que está involucrada en el ensayo. Sin embargo se utilizó la estadística

descriptiva, que reflejará los resultados y análisis de las encuestas realizadas tanto a los

estudiantes como profesores. Para obtener una visión mucho más profunda acerca del

problema se debe remontar al levantamiento de una auditoría a los diversos equipos de los

laboratorios elaborados por el estudiante Didier Bermúdez en su trabajo especial de grado

utilizando datos históricos; también se utilizó como base el levantamiento del estado de los

laboratorios de la EIM. Se puede inferir a través de todo este tipo de eventos históricos que

existe un problema que afecta a los laboratorios de La EIM, sin embargo aún no se poseen

herramientas para formalizar el mismo, ni dar posibles soluciones.

62

3.1.7.2 Estudio observacional

En este método se establecen patrones visuales y más específicos que en el pasado,

la inferencia no juega un papel fundamental ya que no se aplicará de manera más

predominante, y se estudiarán variables que no pueden ser objeto de estudio en el método

anterior. Para dar inicio a la implementación de este estudio se procedió a la grabación de

un ensayo de fatiga en La Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales

(EIMCM) de la UCV, el día 19 de Abril de 2014, por medio de la supervisión del profesor

Engels Ochoa. Mediante un análisis comparativo entre lo que se esperaba y lo que resultó

se establecieron parámetros que difirieron en cuanto a lo ideal, sin embargo es prematuro

dar conclusiones en esta etapa de la investigación, pero servirá como base de lo que

continúa.

Hay que aclarar que el ensayo de fatiga en la EIMCM no se realiza, actualmente lo

que se hace es una visita al laboratorio y el profesor da una charla demostrativa del ensayo

y de las máquinas que realizan el ensayo. El profesor o el alumno en ningún momento

realizan el ensayo de fatiga.

3.2 FASE 2: Viabilidad de las posibles soluciones que pueden

plantearse.

3.2.1 Tormenta de Ideas.

En esta etapa del trabajo especial de grado se desarrollaron los métodos necesarios

para obtener las primeras soluciones al problema, por otra parte se continuó con el estudio

de los elementos del problema.

63

Tormenta de Ideas

(Desencadenamiento)

Realizada:

11/02/2014

Lugar: Sala de Micros de la Facultad de

Ingeniería en la Escuela de Mecánica.

Participantes: 15 Duración: 45 min. N° de Ideas: 45

1. Nuevos laboratorios. 2. Actualización de los laboratorios. 3. Adquisición o compra de nuevos equipos. 4. Videos de las prácticas. 5. Movilizar el laboratorio de la Escuela de Metalurgia a la escuela de Mecánica. 6. Reparar los laboratorios. 7. Realizar las prácticas en otro lado. 8. Nuevas máquinas en los laboratorios. 9. Reestructurar los laboratorios.

10. Pedir asesoría a universidades del primer mundo. 11. Pedir ayuda al gobierno. 12. Poner las prácticas de manera obligatoria. 13. Eliminación de los laboratorios. 14. Capacitación del personal. 15. Nuevo presupuesto. 16. Involucrar la herramienta computacional. 17. Escuchar propuestas del estudiante. 18. Materia prima. 19. Actualizar tecnología en los laboratorios. 20. Agregar más prácticas y laboratorios. 21. Comparar los laboratorios con los de otras universidades. 22. Implementar modelos de simulación computacional. 23. Hacer modelos físicos. 24. Ver los laboratorios en otras universidades. 25. Ver los laboratorios en una empresa. 26. Conseguir donaciones. 27. Cambiar la directiva. 28. Incentivar a las empresas para que ayuden a sus futuros empleados. 29. Buscar ayuda en el Ministerio de Ciencias y Tecnología. 30. Eliminar la materia. 31. Ejecutar mantenimiento. 32. Conseguir patrocinantes. 33. Arreglar los equipos. 34. Realizar cursos como ANSYS, Inventor, AutoCAD, etc. 35. Integrar la sala de micros a los laboratorios. 36. Limpieza de los laboratorios. 37. Incentivar a los estudiantes, preparadores y profesores a contribuir con los laboratorios de

cualquier manera. 38. Cuidar los laboratorios. 39. Armar y desarmar máquinas para ensuciarse las manos. 40. Rescatar equipos viejos. 41. Escuchar propuestas para la innovación de los laboratorios. 42. Mejorar contenido de las prácticas. 43. Aprovechar el internet en el campo ingenieril y para promover información. 44. Supervisión de los laboratorios. 45. Reglamentos de la modificación de los laboratorios.

64

3.2.1.1 Explicación de las ideas propuestas en la tormenta:

1. Nuevos laboratorios: eliminar los laboratorios existentes y construir nuevos laboratorios más actualizados y con la tecnología que realmente deberían tener.

2. Actualización de los laboratorios: adquirir nuevos equipos o bien sea actualizar los que ya existen en los laboratorios.

3. Adquisición o compra de nuevos equipos: comprar nuevas máquinas para así poder disfrutar de los laboratorios de la manera más óptima.

4. Videos de las prácticas: si los equipos no funcionan sería de gran ayuda filmar y mostrar videos de las prácticas para que el estudiante tenga la ayuda audiovisual de lo que ocurre en el laboratorio.

5. Movilizar el laboratorio de la Escuela de Metalurgia a la escuela de Mecánica: habilitar un espacio en la Escuela de Mecánica para implementar la práctica que se lleva a cabo en Metalurgia, es decir, mudar el laboratorio de Metalurgia a Mecánica.

6. Reparar los laboratorios: puede hacerse un diagnóstico de los equipos que pueden rescatarse de los laboratorios y así repararlos, medida que es mucho más económica que comprar nuevos equipos.

7. Realizar las prácticas en otro lado: debido al mal estado de los laboratorios en la Escuela de Ingeniería Mecánica se puede considerar llevar a cabo las prácticas en otras instalaciones, como por ejemplo, otras universidades, empresas, talleres, galpones, espacios, etc.

8. Nuevas máquinas en los laboratorios: debido a lo deterioradas que están las máquinas de los laboratorios una medida puede ser renovar los mismos con nuevos equipos.

9. Reestructurar los laboratorios: cambiar la manera de dar las prácticas adaptándolas a las condiciones actuales de los laboratorios.

10. Pedir asesoría a universidades del primer mundo: establecer contacto con las universidades internacionales de países de primer mundo, las cuales seguro tienen propuestas o ayudas para la mejora de la situación de los laboratorios.

11. Pedir ayuda al gobierno: debido al corto presupuesto que recibe la UCV tomar acciones y contactar a los jefes de estado para ver si colaboran y elevan el presupuesto universitario.

12. Poner las prácticas de manera obligatoria: de esta manera los laboratorios y las prácticas adquieren un protagonismo y no se les deja a un lado, lo cual se traduce en una mayor atención a los laboratorios.

13. Eliminación de los laboratorios: deshacernos de los equipos obsoletos que componen a los laboratorios, y eliminar tanto las prácticas como los laboratorios, dejando solo la formación teórica como solución del problema. Con esta idea se diluye el problema ya que no hay laboratorios.

14. Capacitación del personal: al contratar nuevos empleados o con los trabajadores actuales es necesario que el jefe de departamento o encargado de los laboratorios capacite a estos empleados de manera tal que puedan desempeñar su trabajo de la manera más correcta y precisa posible. La capacitación debe ser tanto teórica como práctica, funcionamiento de los equipos, mantenimiento y utilización.

15. Nuevo presupuesto: es posible que los laboratorios no funcionen de la manera más adecuada ya que el presupuesto no se ha actualizado y por lo tanto se hace difícil la manutención de los equipos, máquinas e instalaciones.

16. Involucrar la herramienta computacional: en el campo laboral de hoy en día se le exigen a los ingenieros que tengan conocimientos de programas computacionales que en la universidad no se enseñan.

17. Escuchar propuestas del estudiante: la mayoría de los casos no se escuchan a los estudiantes que son los usuarios principales de los laboratorios, puede que estos aporten ideas para la mejora de los laboratorios y éstas deben ser escuchadas sin duda alguna.

18. Materia prima: obtener los materiales necesarios para la realización de las prácticas de laboratorios ya que en muchos casos no se dispone de los elementos para llevar a cabo la práctica debido a la falta de materiales y presupuesto.

19. Actualizar tecnología en los laboratorios: adaptar los laboratorios de hoy en día a las exigencias que debe cumplir un ingeniero en el campo laboral, invirtiendo en tecnología y en nuevos equipos, técnicas, modelos, etc.

20. Agregar más prácticas y laboratorios: añadir más prácticas de laboratorio a las materias que lo ameriten y crear nuevos laboratorios a las materias que no tengan.

21. Comparar los laboratorios con los de otras universidades: hacer un análisis comparativo de los laboratorios en otras universidades para ver si presentan los mismo problemas y estar conscientes de las medidas que se tomaron para mejorar los laboratorios y ver si son aplicables en nuestro caso.

22. Implementar modelos de simulación computacional: debido al mal estado de los laboratorios y la falta de presupuesto sería de gran ayuda para los estudiantes complementar la formación teórica con modelos de simulación que ayuden a visualizar las prácticas en caso de no contar con el funcionamiento total de un laboratorio.

65

23. Hacer modelos físicos: sería de gran ayuda implementar la construcción de modelos físicos, que no todo quede en los cuadernos y en el papel, sino que se vaya más allá del diseño y se hagan prototipos para evaluar su funcionalidad y utilización.

24. Ver los laboratorios en otras universidades: realizar las prácticas en otras universidades con la finalidad de utilizar otros equipos y tal vez hacer otras prácticas.

25. Ver los laboratorios en una empresa: establecer convenios con empresas para que permitan el uso de sus instalaciones para realizar las prácticas.

26. Conseguir donaciones: buscar empresas con la intención de invertir en la adquisición de nuevos equipos 27. Cambiar la directiva: debido al deterioro y mal estado de los laboratorios cambiar a los dirigentes a cargo

de los laboratorios ya que obviamente no están haciendo bien su trabajo. 28. Incentivar a las empresas para que ayuden a sus futuros empleados: establecer una especie de vínculo

entre las empresas y los egresados para que haya una retroalimentación y se ayuden mutuamente con la finalidad de que inviertan sus futuros trabajadores.

29. Buscar ayuda en el Ministerio de Ciencias y Tecnología: acercarse al Ministerio para ver qué tipo de ayuda, proyecto, presupuesto, equipo o medida pueden prestar o implementar con la finalidad de mejorar los laboratorios.

30. Eliminar la materia: con esto nos olvidamos del problema ya que al eliminar la materia no es necesaria la práctica y por lo tanto el uso de los laboratorios queda inhabilitado.

31. Ejecutar mantenimiento: hacer un inventario de los equipos o máquinas que todavía sirven y ejecutar un mantenimiento intensivo para lograr salvar estos equipos y mejorar las instalaciones.

32. Conseguir patrocinantes: buscar patrocinio bien sea de una empresa, un inversionista o de los mismos egresados, para así amortizar la inversión de nuevos equipos.

33. Arreglar los equipos: hacer un diagnóstico de todos los equipos en el laboratorio y ver cuales siguen en funcionamiento y cuales se pueden reparar para reducir costos.

34. Realizar cursos como ANSYS, Inventor, AutoCAD, etc.: con esto lo que se busca es introducir de una manera formal la utilización de un software de modelado, análisis numérico, simuladores, entre otros programas que hoy en día son necesarios en el campo laboral del ingeniero moderno.

35. Integrar la sala de micros a los laboratorios: con esto lo que se busca es complementar las prácticas con simulaciones y herramientas computacionales de la sala de micros.

36. Limpieza de los laboratorios: con la finalidad de mejorar el aspecto de los laboratorios y motivar a los estudiantes, limpiando los laboratorios también le damos un mejor aspecto a las instalaciones y evitamos el deterioro de los equipos debido al polvo y sus consecuencias.

37. Incentivar a los estudiantes, preparadores y profesores a contribuir con los laboratorios de cualquier manera: con esta medida lo que se busca es concientizar y motivar a todos los usuarios de los laboratorios a que se liguen a los mismos y den un aporte de una u otra manera a la Escuela y sus laboratorios.

38. Cuidar los laboratorios: hacer campañas para que los usuarios de los laboratorios estén conscientes y cuiden las áreas relacionadas con los laboratorios para que estos duren más y no se deterioren rápidamente.

39. Armar y desarmar máquinas para ensuciarse las manos: que el estudiante pueda armar y desarmar diferentes máquinas junto a un supervisor que lo guíe a lo largo de la práctica, para que el estudiante pueda ver las piezas que componen un equipo determinado y con esto tener contacto con la realidad en una especie de taller vivencial donde se reúnen experiencias de ensuciarse las manos.

40. Rescatar equipos viejos: hacer un inventario de las máquinas que componen los laboratorios y en lo posible rescatar los equipos que puedan seguir funcionando y cumpliendo sus funciones.

41. Escuchar propuestas para la innovación de los laboratorios: al igual que los estudiantes, los usuarios y personas ajenas al problema también se deben escuchar las propuestas de todos, capaz alguien que no esté vinculado con la problemática tenga la solución más viable y factible.

42. Mejorar contenido de las prácticas: para no hacer las prácticas repetitivas sería de gran ayuda cambiar las prácticas cada semestre o ir mejorando el contenido de las mismas dependiendo de las necesidades que se presenten.

43. Aprovechar el internet en el campo ingenieril y para promover información: utilizar el internet, redes sociales y páginas electrónicas para incentivar el uso y mejora de los laboratorios, en algunos casos hasta se pudiera elaborar una página solo de laboratorios para que los estudiantes dispongan de toda la información relacionada a esa materia.

44. Supervisión de los laboratorios: para garantizar el buen estado de los laboratorios es necesario contar con supervisores especializados que se encarguen de mantener y cuidar los laboratorios, esto en un trabajo junto con los estudiantes

45. Reglamentos de la modificación de los laboratorios: es probable que existan reglamentos para la modificación de los laboratorios que no permitan la innovación de los mismos, analizar estos reglamentos y buscar soluciones que se adapten al reglamento o buscar medidas extraordinarias.

66

3.2.2 Diagrama Causa-Efecto o Ishikawa

Ilustración 4Diagrama de Ishikawa

67

3.2.3 Matriz de Pugh.

3.2.3.1 Criterio de aceptación de las posibles soluciones.

Los criterios de aceptación que se usaron para realizar la evaluación de todas las

ideas arrojadas por la tormenta de idea, son los siguientes:

1. Costo Inicial: este criterio de aceptación es seleccionado y puesto en primera

posición, debido a la baja o falta total de presupuesto dirigido a los laboratorios.

En este criterio se contemplará la inversión inicial, que se requerirá para su

implementación, dígase comprar nuevos equipos, comprar licencias de software nuevas,

entre otras. A continuación se observará una tabla donde se representa como serán

evaluadas las ideas propuestas anteriormente.

Número Valoración

0 Costo muy alto

1 Costo alto

2 Costo mediano

3 Costo bajo

4 Costo muy bajo

5 Ningún costo

2. Costo de Mantenimiento: este criterio es seleccionado y puesto en segunda

posición, debido a la baja o falta total de presupuesto dirigido a los laboratorios. En

este criterio se contemplará el costo de mantenimiento que se requerirá para su

implementación, dígase capacitación de los usuarios, comprar la actualizaciones de

las licencias de los software, entre otras. A continuación se observará una tabla

donde se representa como serán evaluadas las ideas propuestas anteriormente.

Número Valoración

0 Costo muy alto

1 Costo alto

2 Costo mediano

3 Costo bajo

4 Costo muy bajo

5 Ningún costo

68

3. Competencias Tecnológicas: este criterio fue seleccionado para establecer si la idea

contempla las imposiciones de tecnologías para el laboratorio, a su vez si se

implanta la adquisición o la transformación a nuevos unidades tecnológicas. Este

criterio tendrá un escala de ponderación siguiente::

Número Valoración

0 Ningún aporte

1 Aporte muy bajo

2 Aporte bajo

3 Aporte mediano

4 Aporte alto

5 Aporte muy alto

4. Didáctico: en este criterio de aceptación se valorará la idea desde el punto de vista

del aporte que brinda a los conceptos teóricos que son impartidos en la cátedra. Este

criterio de aceptación tendrá un escala de ponderación siguiente:

Número Valoración

0 Ningún aporte

1 Aporte muy bajo

2 Aporte bajo

3 Aporte mediano

4 Aporte alto

5 Aporte muy alto

5. Herramientas Computacionales (HC): este criterio es seleccionado para evaluar si la

idea posee características hacia la inserción de programas de dibujo, simulación y

análisis. La ponderación de la evaluación de este criterio se determinó por los

siguientes:

Número Valoración

0 Ningún aporte

1 Aporte muy bajo

2 Aporte bajo

3 Aporte mediano

4 Aporte alto

5 Aporte muy alto

69

3.2.3.2 Realización de la matriz de Pugh

Criterios de evaluación

Ideas Costo Inicial Costo de

Mantenimiento Tecnológico Didáctico H.C Total

1 0 1 5 5 3 14

2 0 3 5 5 3 16

3 0 0 5 5 3 13

4 4 5 0 5 0 14

5 4 4 4 5 0 17

6 1 2 4 5 0 12

7 3 5 4 5 0 17

8 0 0 5 5 4 14

9 3 4 3 3 0 13

10 5 5 5 5 0 20

11 5 5 4 3 4 21

12 5 5 2 5 0 17

13 5 5 0 0 0 10

14 2 3 3 5 0 13

15 0 0 5 5 5 15

16 2 5 5 5 5 22

17 5 5 0 5 5 20

18 3 4 2 5 0 14

19 0 3 5 5 5 18

20 3 4 3 5 0 15

21 5 5 5 5 0 20

22 3 5 5 5 5 23

23 2 3 5 5 0 15

24 4 5 5 5 0 19

25 3 5 5 5 0 18

26 4 5 5 5 0 19

27 4 4 5 4 0 17

28 4 5 5 5 0 19

29 5 5 5 3 4 22

30 0 0 0 0 0 0

31 2 2 4 0 0 8

32 4 5 3 3 3 18

33 1 3 3 3 2 12

34 3 4 5 5 5 22

35 3 4 5 3 4 19

36 4 4 0 0 0 8

37 3 4 4 4 4 19

38 3 4 0 0 0 7

39 5 5 0 5 0 15

40 3 4 0 5 0 12

41 5 5 0 5 0 15

42 4 4 0 5 0 13

43 5 5 5 0 0 15

44 4 5 1 5 0 15

45 4 5 0 2 0 11

Tabla 1Matriz de Pugh

70

3.2.4 Posibles Soluciones.

Luego que se aplicó la matriz de Pugh a las ideas generadas por la tormenta de

ideas, se obtuvieron 5 posibles soluciones, la selección de estas se basó en criterio del

puntaje mayor a los 21 puntos. Las posibles soluciones son las siguientes:

11. Pedir ayuda al gobierno: debido al corto presupuesto que recibe la UCV tomar

acciones y contactar a los jefes de estado para ver si colaboran y elevan el

presupuesto universitario.

16. Involucrar la herramienta computacional: en el campo laboral de hoy en día se le

exigen a los ingenieros que tengan conocimientos de programas computacionales

que en la universidad no se enseñan.

22. Implementar modelos de simulación computacional: debido al mal estado de los

laboratorios y la falta de presupuesto sería de gran ayuda para los estudiantes

complementar la formación teórica con modelos de simulación que ayuden a

visualizar las prácticas en caso de no contar con el funcionamiento total de un

laboratorio.

29. Buscar ayuda en el Ministerio de Ciencias y Tecnología: acercarse al Ministerio

para ver qué tipo de ayuda, proyecto, presupuesto, equipo o medida pueden prestar

o implementar con la finalidad de mejorar los laboratorios.

34. Realizar cursos como ANSYS, Inventor, AutoCAD, etc.: con esto lo que se busca

es introducir de una manera formal la utilización de un software de modelado,

análisis numérico, simuladores, entre otros programas que hoy en día son

necesarios en el campo laboral del ingeniero moderno.

3.2.5 Solución Ganadora.

Para la selección de la solución ganadora se volvió a implementar una matriz de

Pugh con los mismos criterios de evaluación usados antes, pero esta vez las ideas que se

evaluaron fueron las 5 posibles soluciones, expuestas anteriormente.

71

En esta matriz de Pugh se procedió a evaluarlas las posibles soluciones usando una

ponderación del cero al dos dentro de los criterios ya creados. La ponderación de la

evaluación se determinó, por los siguientes: Este primer recuadro se implementó para los

criterios de aceptación de costo inicial y costo de mantenimiento.

Número Valoración

2 Ningún costo

1 Costo mediano

0 Costo alto

El segundo recuadro se usó para los otros tres criterios de aceptación restantes.

Número Valoración

0 Ningún aporte

1 Aporte mediano

2 Aporte alto


Ideas Costo

Inicial

Costo de

Mantenimiento Tecnológico Didáctico H.C Total

11 2 2 1 0 0 5

16 1 2 2 2 2 9

22 2 2 2 2 2 10

29 2 2 2 1 0 7

34 0 1 1 2 2 6 Tabla 2Matriz de Pugh

Después de realizar la matriz de Pugh a las 5 posibles soluciones, se obtuvo la idea

ganadora con el puntaje más alto, con un puntaje de 10 puntos la solución ganadora es la

siguiente:

22. Implementar modelos de simulación computacional: debido al mal estado de los

laboratorios y la falta de presupuesto sería de gran ayuda para los estudiantes

complementar la formación teórica con modelos de simulación que ayuden a

visualizar las prácticas en caso de no contar con el funcionamiento total de un

laboratorio.

72

3.3 FASE 3: Especificación de la propuesta

Con la solución ganadora ya establecida; “simular el ensayo de fatiga utilizando

herramientas computacionales para el uso docente en los laboratorios de la EIM de la

UCV”, se procedió a realizar el estudio, análisis y diagnóstico de los distintos programas

existentes, teniendo en cuenta sus ventajas y desventajas para así garantizar la elección del

programa más adecuado para cumplir los objetivos de la investigación. Se debe tener en

cuenta que al mencionar el término de herramientas computacionales se refiere a los

diferentes softwares que permiten el diseño mecánico, documentación y simulación de

productos en 3D.

En este capítulo se dará inicio a una acción fundamental en el avance de la

investigación, como lo es el diseño y modelado de la propuesta final; para ello debemos

diseñar de manera general las estrategias pedagógicas, la interacción entre el usuario y la

computadora, y el funcionamiento de los componentes. Para dar inicio a la fase 3 se

utilizará como semilla la información recolectada en las fases anteriores y a través de un

análisis de toda ésta, comenzar el diseño de la solución planteada previamente,

enfocándose en las necesidades y recursos disponibles para llevar a cabo esta

investigación.

En el ámbito educativo, esta actividad permite conocer la relación que hay entre la

realidad académica, la situación demográfica, económica y social a fin de poder precisar

las necesidades y proponer metas, objetivos y medios para satisfacerlas. Los elementos que

debe tener los proyectos o en su defecto el modelo operativo son resumidos por Cerda

(1995) de la siguiente manera:

3.3.1 Diseño

En la etapa de diseño se utilizó la información recopilada en la fase de análisis para

conocer la dirección que tomara el programa computacional y obtener un boceto de la

aplicación, ya que se elige el contenido que será presentado en el sistema y se diseña el

73

software seleccionando los elementos multimedia a utilizar, organizándolos y

manipulándolos de la manera más conveniente y en base a las necesidades detectadas. De

igual manera, se describen archivos y bases de datos necesarios para almacenar

información del sistema. Esta etapa se compone de tres actividades importantes: diseño

educativo, donde se incorpora el diseño instruccional; diseño del sistema de comunicación

y diseño computacional.

3.3.1.1 Diseño educativo

Consiste en averiguar los contenidos que van a formar parte del software educativo,

definir el ambiente más adecuado para facilitar el aprendizaje e idear los incentivos y

retroalimentaciones para lograr que el alumno aprenda lo que debería saber a partir de lo

que ya sabe.

Es posible decir que en esta etapa se atienden los cuatro componentes del proceso

de enseñanza-aprendizaje: contenido, evaluación, motivación y retroalimentación. El

contenido que se va a mostrar es lo que se quiere que el alumno aprenda con el software a

utilizar, a diferencia de lo que el aprendiz conoce y lo que se espera que conozca.

3.3.1.2 Diseño instruccional

Es una metodología para representar el proceso de aprendizaje mediante un

conjunto de destrezas, habilidades y valores que se quieren desarrollar en el usuario y una

diversidad de métodos/procedimientos para transmitir los conocimientos deseados, con lo

que se logrará el dominio de los objetivos especificado. Se basa en el desarrollo

sistemático de la instrucción y del aprendizaje.

74

3.3.1.3 Diseño del sistema de comunicación

Este es el diseño visual del software, consistió en plantear la manera en la que se

dará la comunicación usuario-máquina y los componentes que conformaran el sistema,

como son: las pantallas, los eventos, las transiciones, elementos multimedia, etcétera. Todo

esto tomando en cuenta las condiciones de la población al que va dirigido el software

(Edades, cultura, etc.)

3.3.1.4 Diseño computacional

Este diseño es el que permitió establecer la manera en la que el sistema efectuara

las acciones, tanto a nivel educativo como a nivel computacional, para lograr satisfacer las

necesidades descubiertas. Para ello se construyó la estructura lógica y estructura de datos

del software educativo.

Para elaborar la estructura lógica es necesario tomar en cuenta las funciones que se

desee cumpla el programa a elaborar, tanto en apoyo para el alumno como para el profesor,

por ejemplo funciones relacionadas a las ayudas que se brindaran, es decir, si el sistema

proporcionará ayuda operacional y/o ayudas para entender mejor un tema; en relación con

los registros para almacenar, ya sea el avance o duración de las sesiones del alumno, o si se

permitirá al profesor editar ejemplos teoría o evaluaciones; mostrar estadísticas y

resultados de los estudiantes, etc.

75

3.3.2 Formalización de la propuesta

3.3.2.1 Idea general

Utilizar herramientas computacionales que permitan simular, visualizar y

sincronizar los elementos teóricos-prácticos que involucra el ensayo de fatiga. Con la

finalidad de mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje impartido en la EIM, se busca

brindar una herramienta física al encargado de dictar la práctica que mejore la comprensión

y asimilación de los conocimientos básicos de dicho ensayo, y con esto complementar la

formación integral del estudiante.

3.3.2.2 Justificación de la propuesta

En líneas generales en la fase de diagnóstico se pudo demostrar que los laboratorios

de la EIM de la UCV no presentan las condiciones adecuadas para la realización de

algunas prácticas, debido a circunstancias ya descritas en las fases anteriores; se demostró

la existencia latente de un problema en el laboratorio que representa a la asignatura de

mecánica de sólidos II dirigido a la práctica del ensayo de fatiga. Mediante técnicas de

diseño conceptual utilizadas para la recolección de información se pudo comprobar que

dicha práctica no se realiza desde hace cuatro años aproximadamente en la EIM sino en la

EIMCM, también las causas y consecuencias que genera el mismo, principalmente la

máquina que permite realizar el ensayos de fatiga en la EIM se encuentra fuera de uso, en

mal estado y sin funcionar.

Utilizando el método de estudio observacional se evidenció que el ensayo de fatiga

no se realiza de forma vivencial, sino de manera demostrativa, donde el estudiante no

manipula los mecanismos de la máquina, por lo cual no es posible modificar las variables

de entrada del ensayo y los resultados que se obtienen no son los mismos que los utilizados

para la elaboración del informe técnico, es decir, el alumno está limitado solo a observar.

76

Para las autoridades de la EIM (Director y Jefe de Departamento) se consideró

realizar este ensayo en la Escuela de Ingeniería Metalúrgica (EIMCM) de manera

demostrativa como solución más viable en cierto momento, interesados en que el alumno

de alguna u otra manera pudiera tener alguna especie de contacto con dicha práctica, aun

así, este recurso vigente presenta ciertas incertidumbres para el estudiante como:

laboratorios fuera de la EIM, práctica del ensayo solo limitado a la observación, entre

otros; que con nuestra propuesta pretendemos dejar de lado estas incertidumbres y

centrarnos principalmente en la formación integral del estudiante.

3.3.2.3 Metas de la propuesta

Demostrar el fenómeno de fatiga a través de la simulación y visualización del

comportamiento de una probeta sometida a las fuerzas establecidas por la máquina de

flexión en voladizo, utilizando un programa de diseño mecánico asistido por computadora,

que pueda representar los resultados obtenidos en base a la teoría de elementos finitos,

basándonos en datos experimentales previamente obtenidos. Además de sincronizar el

proceso para la obtención de los resultados del ensayo de fatiga.

3.3.2.4 Objetivos de la propuesta

Seleccionar el programa más adecuado para la simulación del ensayo de fatiga con base a las necesidades y/o especificaciones planteadas en la base 2.

Seleccionar los datos en los que se basaran las propiedades del ensayo.

Realizar un modelado en 3D de la probeta basado en los datos escogidos.

Realizar el mallado de la probeta.

Establecer las reacciones a las que estará sometida la probeta para representar el ensayo de fatiga.

77

Recrear a través de animaciones el ensayo de fatiga con las condiciones antes

mencionadas.

3.3.2.5 Destinatarios

El producto final va dirigido a las personas encargadas de dictar la práctica del

ensayo de fatiga como lo son preparadores y profesores de las materias de Mecánica de

Sólidos II. Otorgándoles una herramienta didáctica suplementaria que demuestre la manera

en que es impartida dicha práctica, y así complementar la formación integral de los

alumnos cursantes de dichas materias.

3.3.2.6 El producto

Para la satisfacción de las necesidades planteadas anteriormente, el archivo en

donde se almacenara el modelado de la probeta en 3D, un archivo que contenga el tutorial

básico para el uso del programa antes mencionado y un archivo que contenga el tutorial de

todo lo relacionado con la simulación del ensayo (Carga de propiedades de la probeta,

carga de reacciones involucradas en el ensayo, carga del mallado empleado)

3.3.3 Selección de Herramienta Computacional

3.3.3.1 Modelos de Simulación en el mercado

En esta sección se mencionan y se nombran las principales características de los

diferentes programas de diseño asistido por computadora más comunes y adaptables para

el cumplimiento de los objetivos; éstos se someterán a un estudio de viabilidad y se

seleccionará el más adecuado para el desarrollo del proyecto.

78

ABAQUS

En el manual de usuario realizado por Uzcategui (2012) señala que ABAQUS,

Es un programa de diseño mecánico asistido por computadora destinado a resolver

problemas de ciencias e ingeniería y está basado en el método de los elementos

finitos. El programa puede resolver una gran variedad de situaciones, desde un

simple análisis lineal hasta simulaciones complejas no lineales. Abaqus posee una

extensa librería de elementos finitos que permite modelar virtualmente cualquier

geometría, así como su extensa lista de modelos que simulan el comportamiento de

una gran mayoría de materiales, permitiendo su aplicabilidad en distintas áreas de

ingeniería. (p 1).

ANSYS

Es un programa de elementos finitos que puede solucionar procesos implícitos, es

decir, resuelve sistemas estáticos/cuasi-estáticos (fuerzas aplicadas en grandes lapsos de

tiempo) en los que el sistema se comporta de forma lineal. Se resuelve en una sola

iteración, definida a partir de intervalos grandes de tiempo, ya que las soluciones

convergen fácilmente mostrando una gran estabilidad. De manera que utiliza pocos

recursos computacionales.

La principal desventaja de ANSYS, más que basarse en el programa mismo, se

basan en el elemento finito utilizado por el programa para realizar los análisis.

CATIA

El catálogo de Dassault Systems ofrece características de CATIA (Computer-

AidedThree Dimensional Interactive Application),

es un programa informático de diseño, fabricación de ingeniería asistida por

computadora comercial realizado por Dassault Systems. El programa está

desarrollado para proporcionar apoyo desde la concepción del diseño hasta la

producción y el análisis de productos. Está disponible para Microsoft

Windows, Solaris, IRIX y HP-UX.

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_de_los_elementos_finitos

http://es.wikipedia.org/wiki/Programa_inform%C3%A1tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_asistido_por_computadora

http://es.wikipedia.org/wiki/Fabricaci%C3%B3n_asistida_por_computadora

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_asistida_por_computadora

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_asistida_por_computadora

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dassault_Syst%C3%A8mes&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windows

http://es.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windows

http://es.wikipedia.org/wiki/Solaris_(sistema_operativo)

http://es.wikipedia.org/wiki/IRIX

http://es.wikipedia.org/wiki/HP-UX

79

Provee una arquitectura abierta para el desarrollo de aplicaciones o para personalizar el

programa. Las interfaces de programación de aplicaciones, CAA2 (o CAAV5), se pueden

programar en Visual Basic y C++.

INVENTOR

El software de CAD 3D Inventor ofrece un conjunto de herramientas para el diseño

mecánico, documentación y simulación de productos en 3D. Ofrece la posibilidad de

diseñar y validar los productos antes de fabricarlos, y de esta manera suministrar mejores

productos reduciendo los costos de desarrollo y su rápido lanzamiento al mercado.

Los software CAD 3D Inventor proporcionan funciones de diseño avanzado de

ingeniería mecánica, análisis de elementos finitos, simulación de movimiento, gestión de

datos, sistemas de rutas y diseño de moldes, así como soluciones de productividad CAD

mejoradas.

AUTOCAD

Autodesk AutoCAD, como lo indica su nombre es un software CAD utilizado para

dibujo 2D y modelado 3D. Actualmente es desarrollado y comercializado por la

empresa Autodesk. El nombre AutoCAD surge como creación de la compañía Autodesk,

en que Auto hace referencia a la empresa creadora del software y CAD a Diseño Asistido

por Computadora (por sus siglas en inglés). Entre sus principales características podemos

encontrar su versatilidad en programación pudiendo ampliar el programa mediante este.

SOLIDWORKS

SolidWorks es una herramienta para acelerar y mejorar el diseño y desarrollo de

productos a través del modelado en 3D.Las herramientas que provee este software ayudan

desde el modelado en 3D, la validación (simulación o análisis CAE), así como

administración de datos de los productos o datos de ingeniería, y la documentación de

productos (creación de manuales, instructivos, guías, etc.).El software de diseño

SolidWorks 3D ayuda a diseñar mejores productos con mayor rapidez. SolidWorks provee

de herramientas que ayudan a innovar y diseñar en menos tiempo y a un menor costo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Interfaz_de_programaci%C3%B3n_de_aplicaciones

http://es.wikipedia.org/wiki/Visual_Basic

http://es.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B

http://es.wikipedia.org/wiki/Software

http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_asistido_por_computadora

http://es.wikipedia.org/wiki/2D

http://es.wikipedia.org/wiki/3D

http://es.wikipedia.org/wiki/Autodesk

80

SOLID EDGE

Es un sistema de diseño asistido por computadora (CAD) para el modelado de

máquinas y elementos mecánicos, dirigido principalmente a la producción de dibujos. Sus

características más importantes: gestionar grandes conjuntos complejos formados por

muchas piezas y subconjuntos; generación de modelos virtuales muy precisos; posee

herramientas paramétricas basadas en operaciones para modelar piezas mecánicas,

factibilidad para la evaluación de un mayor número de alternativas de diseño en menos

tiempo, para optimizar el rendimiento y aumentar la fiabilidad, etc.

3.3.3.2 Matriz de Pugh, para la selección del programa más indicado

3.3.3.2.1 Criterio de selección de las posibles soluciones.

1. Licencia en la escuela: se refiere al contrato que existe entre la escuela y los autores de

los diferentes programas para utilizar el software cumpliendo una serie de términos y

condiciones establecidas por el fabricante.

2. Manejo técnico: se considerara aquel software que sea de fácil manejo y de mejor

manipulación para la investigación.

3. Soporte técnico: este criterio refleja la disposición de los recursos técnicos necesarios

en la computadora de la escuela.

4. Recursos didácticos del software: con este criterio se busca que el software maneje

herramientas con las cuales podamos cumplir los objetivos de la propuesta.

5. Personal Técnico disponible: se considerara si existe asistencia técnica por parte de

conocedores de la materia que ayuden a la lograr los objetivos.

81

3.3.3.2.2 Realización de la matriz de Pugh


Programas Licencia Manejo

Técnico Soporte

Recursos del

Software Personal Total

ANSYS 5 5 5 5 4 24

ABAQUS 0 5 5 5 5 20

INVENTOR 0 4 4 4 4 16

AUTOCAD 0 3 5 5 4 17

CATIA 0 3 4 4 3 14

SOLID

WORKS 0 4 5 4 5 18

SOLID EDGE 0 4 4 4 4 16 Tabla 3Matriz de Pugh

3.3.3.2.3 Programa seleccionado en base a la matriz de Pugh.

Después de la realización de la matriz de Pugh, se observó que la opción ganadora

resultó ser el software ANSYS INC., sin embargo se ve reflejado que hubo muchos

programas que tuvieron una puntuación relevante, pero una de las condiciones

fundamentales para la elección fue la posesión de la licencia por parte de la EIM. Aunque

este criterio era muy importante, no era del todo decisivo por lo que se continuó realizando

una evaluación exhaustiva, obteniendo la de mayor puntuación el programa antes

mencionado.

3.3.4 Elaboración del producto

3.3.4.1 Definición de requisitos

82

En este TEG se simulará el ensayo de fatiga por flexión rotativa con la ayuda del

software ANSYS, el cual hoy en día se lleva a cabo en la EIMCM.

Para simular este ensayo se necesitó una serie de datos tales como: una base de

datos, la geometría de la probeta, las condiciones de borde que actúan en la probeta y

también las fuerzas que actúan en ella. Todos estos datos son los puntos de partida para

realizar la simulación.

Con esta simulación se requiere demostrar los esfuerzos, las deformaciones, la vida

y el factor de seguridad que se obtienen del ensayo.

3.3.4.2 Diseño detallado del prototipo

Esta etapa es una especificación verificada de la estructura, la estructura de datos,

las relaciones de interfaces, el tamaño, y las suposiciones de cada módulo. En esta etapa no

solo se definen, sino que se documentan los pasos que se llevaron a cabo.

3.3.4.2.1 Datos

Debido a que en los objetivos específicos de este trabajo especial de grado, no se

contempló la realización del ensayo de fatiga para obtener unos datos experimental, si no

en obtener esta dicha datos mediante tesis, trabajos previos o investigaciones.

La comprensión del fenómeno de fatiga no es igual en todos los materiales: el

material mayormente conocido, más ensayado y más fiable en cuanto a predicciones a

fatiga es la familia de los aceros. Por ese motivo se decidió tomar el acero SAE 1020,

como el material a usar en la simulación computacional, debido a que es un material con el

cual el estudiante se sentirá familiarizado, ya que es usado constantemente en las distintas

asignaturas de la EIM.

Para el desarrollo de la simulación computacional se usó unos datos de una

investigación, realizada por B. Li, F. Yin y A. Fatemi en el año 2000 en la Universidad de

83

Toledo, Ohio, USA, el cual lleva por nombre “Fatigue Behavior, Monotonic Properties and

Microstructural Data, SAE 1020ColdDrawn Steel” (Anexo 8), este trabajo se preparó para

la AISI (American Iron and Steel Institute).

Esta base de datos consta de las siguientes propiedades:

Tabla 4Datos del ensayo

Tabla 5 Propiedades del Material

Iteration Number 23

SAE Steel Grade 1020

TestingLab Toledo

Testing Date 01/01/2000

Process Cold Drawn

84

También podemos encontrar en este trabajo los datos con los cuales fueron

construidos los gráficos de fatiga para el acero SAE 1020.

Tabla 6 Datos del ensayo

Estos datos son de suma importancia, ya que son el primer punto de partida al

momento de realizar la simulación computacional con el programa ANSYS.

3.3.4.2.2 Geometría de la probeta

En el trabajo realizado por B. Li, F. Yin y A. Fatemi, también se especifica la

geometría de la probeta con la cual trabajaron.

D4-13 0.02 0.017310 0.017650 483 0.3 498 205 IGL

D4-17 0.02 0.017170 0.017570 501 -2.4 504 201 IGL

D4-10 0.0198 0.016920 0.017400 496 -1.8 560 191 IGL

D4-5 0.01 0.007650 0.007950 414 0.9 2500 197 IGL

D4-6 0.01 0.007860 0.007950 421 -4.4 2750 214 IGL

D4-20 0.0095 0.007210 0.007440 422 -0.4 3198 194 IGL

D4-12 0.006 0.004130 0.004080 393 -4.3 6962 218 IGL

D4-9 0.006 0.004070 0.004160 374 -2.7 8596 196 IGL

D4-18 0.006 0.004070 0.004170 373 -0.6 10094 200 IGL

D4-7 0.0035 0.001920 0.001840 340 -10.9 23898 223 IGL

D4-11 0.0035 0.001930 0.001990 311 1.5 36468 208 IGL

D4-16 0.0035 0.001880 0.001940 311 0.5 40086 200 IGL

D4-3 0.002 0.000600 0.000750 251 20.1 114406 194 IGL

D4-19 0.002 0.000710 0.000750 255 10.6 186436 195 IGL

D4-2 0.002 0.000760 0.000750 249 3.7 256966 202 IGL

D4-14 0.0012 0.000190 0.000140 225 2.6 966970 201 IGL

D4-1 217 0.0 1219417 IGL

D4-4 218 0.0 1820897 IGL

<------- At Half-Life ------->

Specimen

ID

Total Strain

Amplitude

(De/2)

Measured

Plastic Strain

Amplitude

(Dp/2)

Calculated

Plastic Strain

Amplitude

Stress

Amplitude

(Ds/2) Mpa

Mean

Stress

Mpa

Fatigue Life-

Reversals

(2NF)

Initial Elastic

Modulus

Failure

Location*

85

Ilustración 5 Geometría de la probeta

3.3.4.2.3 Condiciones de borde y fuerzas.

Ya que la simulación se basó en el ensayo de fatiga de flexión rotativa, el cual se

lleva a cabo en la máquina de viga en voladizo, simplificó las condiciones de bordes y las

fuerzas que actúan en ella.

Las fuerzas y condiciones que actuaron en la probeta fueron un empotramiento en

un extremo de la probeta y una fuerza perpendicular en el otro extremo, así como a su vez

se le incluyo una velocidad rotacional (Ilustración 6).

86

Ilustración 6 Representación del ensayo de fatiga en viga en voladizo

3.3.4.3 Detalle procedimental

Para empezar, se inició el ANSYS Workbench (Ilustración 7).

Ilustración 7Workbench

A continuación, se procedió a abrir el Static Structural haciendo doble click en el

icono (1), luego se procedió a cargar las propiedades del material a ser trabajado, esto se

hace mediante la opción de Engineering Data la cual se pudo abrir haciendo doble click en

el icono (2) que se observa en la Ilustración 8.

87

Ilustración 8

Luego de abrir el Engineering Data se encontró con la ventana siguiente

(Ilustración 9), en la cual se procedió en primera instancia en crear la biblioteca de nuestro

material SAE 1020 (3), luego se volvió a escribir el material (4) y ya por último se encargó

de colocar todas las propiedades del material (5), que se encuentran reflejada en el punto

3.3.4.2.1.

88

Ilustración 9

En la Ilustración 10, 11 y 12 se podrá ver al detalle los pasos mostrados en la

ilustración 9.

Ilustración 10

89

Ilustración 11

Ilustración 12

90

A partir del plano de la geometría en el sección 3.3.4.2.2, se estableció elaborar

dicha probeta en el programa Inventor 3D CAD (Ilustración 13).

Ilustración 13 Diseño de la probeta

Después de que se realizó ese paso, se procedió a cargar la geometría al sistema,

esto se logró dando click derecho al logo de Geometry (6), y se muestra una pestaña

(Ilustración 14), donde se seleccionó Import Geometry y se buscó en los archivos la

geometría con la cual se trabajará.

Seguidamente se procede a dar doble click al logo de Model (7), y así se pudo abrir

la aplicación donde se trabajará de ahora en adelante, la cual se llama Mechanical.

(Ilustración 14)

Ilustración 14

91

Al abrir la aplicación Mechanical, se seleccionó el logo Mesh (8) y se procedió a

darle click al botón Update (9), el cual se encarga de generar automáticamente el mallado

de la probeta.

Ilustración 15

Luego de generar el mallado automático, se obtuvo el siguiente: (Ilustración 16).

Ilustración 16 Mallado automático

Debido a que el mallado que se obtuvo es muy grueso para el estudio, se modificó

el mallado que se encuentra en el cuello de la probeta mediante un refinamiento triple, a su

vez a las 2 zonas alejadas del cuello se le aplicó un refinamiento doble (Ilustración 17) y

dejándole uno más sencillo a los extremos de la probeta, ya que su análisis no forma parte

importante en este estudio.

92

Ilustración 17

A continuación en la Ilustración 18 se puede observar cómo quedó el mallado final.

Ilustración 18 Mallado refinado

A continuación se procedió a asignar las condiciones de borde (Ilustración 19) que

actúan en la simulación, como también las fuerzas que actúan en ésta, esto se logró

haciendo click en el botón derecho en el logo StaticStructural (10), luego a Insert (11) y se

procedió a seleccionar las siguientes condiciones: velocidad rotacional, un soporte fijo y

una fuerza (12).

93

Ilustración 19

94

Para finalizar, se hace click derecho en Solution (13), donde se seleccionó la

deformación equivalente, el esfuerzo equivalente y el desplazamiento total (14), para

luego darle al botón Solve (15) y obtener la simulación que se desea en este trabajo

especial de grado.

Ilustración 20

Dentro de las herramientas que posee el ANSYS Mechanical, se encuentra una

herramienta de solución muy importante con la cual viene el StaticStructural y que se

implementó en esta simulación; el Fatigue Tool (16). (Ilustración 21)

95

Ilustración 21

Dentro del Fatigue Tool, se decidió obtener las simulaciones de vida, factor de

seguridad, daño y esfuerzo alternante (Ilustración 22).

Ilustración 22

96

3.3.5 Resultados de la Simulación

A continuación se explicará cómo se representan los resultados estáticos de la

simulación en el software ANSYS.

En la siguiente ilustración se muestra (1) el tipo de resultados que se están

simulando, (2) las unidades en la cuales se representan estos resultados, (3) el instante de

tiempo al que se está realizando la simulación y por último (4) se observan las bandas de

contorno la cuales ayudan a visualizar los distintos resultados obtenidos como también sus

valores máximo y mínimo.

Ilustración 23

Luego de haber realizado la simulación en ANSYS, se obtuvieron los siguientes

resultados:

97

En la siguiente Ilustración 24se puede observar la deformación equivalente para

una fuerza de 100N utilizada para hacer la simulación; se obtuvo un valor máximo de

0,0011653 m/m y un valor mínimo de 2,0143e-11 m/m .Se sabe de antemano que la

deformación es adimensional pero el software ANSYS toma este parámetro como m/m

para poder obtener los cálculos.

Ilustración 24 Deformación Equivalente

Para el esfuerzo equivalente se tiene la siguiente Ilustración 25, en la cual se

observa quelas fibra superior e inferior de la probeta poseen el mismo valor en un instante

de tiempo final y que el eje neutro posee un esfuerzo asociado casi nulo. Estos valores

obtenidos vienen dados en Pa.

98

Ilustración 25 Esfuerzo Equivalente

A continuación en la Ilustración 26se obtuvo el desplazamiento total de la pieza,

este valor viene dado en metros. En el rango de contornos se observa que esta simulación

posee un valor máximo de 0,0004138m y un valor mínimo de 0m.

Ilustración 26 Desplazamiento total

99

Para el cálculo de ciclos de vida en la Ilustracion 27 se observa el rango de valores

que ANSYS arroja para esta simulación, se tiene un número máximo de ciclos a 1,8209e9

y un número mínimo de ciclos a 3,8926e5. Se puede notar que los valores mínimos se

encuentran tanto en la fibra superior como en la inferior. Estos valores representan el

número de ciclos hasta que la pieza falle debido a la fatiga.

Ilustración 27 Vida

ANSYS posee una herramienta que se llama Fatiga, en la cual se encuentra la

opción de calcular el daño. El daño está definido como la vida diseñada entre la vida

disponible, en la siguiente Ilustración 28 se observa el valor máximo de daño a 2569 y un

valor mínimo de daño a 549,18.

100

Ilustración 28 Daño

A continuación en la Ilustración 29se obtuvo el factor de seguridad, el cual posee

un valor máximo de 15 y un valor mínimo de 0; para el factor de seguridad, valores

menores a 1 indican falla ante la vida del diseño.

Ilustración 29 Factor de seguridad

101

Para el esfuerzo alternante equivalente se tiene la siguiente Ilustración 30, en la cual

se observa como las fibras superior e inferior de la probeta poseen el mismo valor en un

instante de tiempo final el cual es 2,4122e8 y como el eje neutro posee un esfuerzo

asociado casi nulo. Estos valores obtenidos vienen dados en Pa.

Ilustración 30 Esfuerzo alternante equivalente

102

3.3.6 Verificación de la simulación

Para verificar los resultados que se obtuvo en la simulación en ANSYS, se procedió

primero a evaluar las condiciones de borde que están actuando en la probeta, ya que este

ensayo es llevado a cabo en una máquina de flexión rotativa del tipo de viga en voladizo

(Ilustración28), se pudo identificar que en un extremo de la probeta actúa un

empotramiento y en el otro una sola fuerza, con esta información inicial se evaluó si los

esfuerzos que la simulación arroja son los obtenidos numéricamente.

Ilustración 31 Viga en voladizo

Al asumir las condiciones de borde que actúan en la probeta, se parte a calcular el

momento que está actuando dicha fuerza, para este escenario se utiliza un diagrama de

fuerzas. Este momento flector es calculado con la siguiente fórmula matemática.

M = F * L

Dónde:

M = Momento flector

F = Fuerza Aplicada

L = Distancia

Luego de calcular el momento flector se procedió a calcular el esfuerzo, para esto

se utilizó una ecuación que relaciona el momento flector con el esfuerzo aplicado:

103

Dónde:

M = Momento flector

S = Esfuerzo aplicado

I = Momento polar de inercia

C = Distancia Desde el eje neutro de carga hasta la superficie de la probeta.

Para una barra de sección circular, se tiene el siguiente momento polar de inercia:

Dónde:

I = Momento polar de inercia

D = Diámetro

Teniendo en cuenta que el diámetro a evaluar es 0,0050m, se procedió a realizar los

cálculos para 3 tipos de carga diferentes (Tabla 4).

F (N) M (N*m) S (Pa)

100 3,175 259395425

80 2,54 207516340

60 1,905 155637255

Tabla 7 Resultados analiticamente

Al obtener estos valores de esfuerzo, los comparamos con los resultados obtenidos

en ANSYS (Tabla 5), tomando en cuenta que se tomará un porcentaje de error aceptable

del 10%

104

Tabla 8 Resultados ANSYS

Al realizar esta comparación se pudo constatar que los esfuerzos obtenidos

numéricamente están dentro del margen aceptable de los valores arrojados por ANSYS.

3.3.7 Hoja de Proceso

En la siguiente hoja de proceso se pudo observar los distintos pasos para llevar a

cabo la práctica del ensayo de fatiga (Grafico 21), esta hoja se basará en lo que se debería

hacer mas no lo que se hace actualmente, debido a que en la actualidad la visita a EIMCM

es una charla demostrativa y no una práctica como tal.

Esta hoja de proceso consta de 11 pasos, entre ellos 8 pasos de operación, 1 paso de

traslado, 1 pasó de demora y 1 paso de inspección.

105

N° Descripción

Cantidad

Distancia

(mts).

Tiempo

(min).

Símbolo Observaciones

0

1

Verificar el estado de los

componentes de la

máquina de fatiga de

flexión rotativa (Motor,

mordazas, peso, Contador

de revoluciones)

0

2

Limpiar la máquina de

fatiga de flexión rotativa

03

Lubricar los componentes rotativos de la máquina

0

4

Traer probeta usada en la

máquina de fatiga

0

5

Calibrar la velocidad

nominal de la máquina

0

6

Calibrar los esfuerzos

variables a los que estará

sometida la probeta

0

7

Montar la probeta y

ajustarlas en las mordazas

0

8

Encender la máquina de

fatiga

0

9

Esperar la fractura de la

probeta

1

10

Apagar la máquina

1

11

Desmontar la probeta

fracturada

Gráficos 21Diagrama de Proceso Antes

106

A la hoja de proceso inicial se le agrega una operación más (Grafico 22), la cual es

la nueva herramienta complementaria en el ensayo de fatiga de flexión rotativa.

N° Descripción

Cantidad

Distancia

(mts).

Tiempo

(min).

Símbolo Observaciones

0

1 Reproducir el material

complementario suministrado,

que ayudará al estudiante a tener

una mejor comprensión del

ensayo realizado a continuación

**Propuesto**

0

2 Verificar el estado de los

componentes de la máquina de

fatiga de flexión rotativa

(Motor, mordazas, peso,

Contador de revoluciones)

0

3 Limpiar la máquina de fatiga de

flexión rotativa

04

Lubricar los componentes

rotativos de la máquina

0

5 Traer probeta usada en la

máquina de fatiga

0

6 Calibrar la velocidad nominal

de la máquina

0

7 Calibrar los esfuerzos variables

a los que estará sometida la

probeta

0

8 Montar la probeta y ajustarlas

en las mordazas

9

9 Encender la máquina de fatiga

1

10

Esperar la fractura de la probeta

1

11

Apagar la máquina

1

12

Desmontar la probeta fracturada

Gráficos 22Diagrama de Procesos Después

107

3.3.8 Formato de nueva practica

Ya que se está implementando una nueva herramienta para dar la práctica, se debió

modificar el formato de la práctica ya existente y en uso actualmente. En este nuevo

formato se incluyeron las normas por las cuales se basan estas prácticas, así como también

el procedimiento experimental. Este nuevo formato deberá ser sometido a la aprobación

del Departamento de Diseño (Anexo 9).

3.4 FASE 4: Validación de la propuesta

3.4.1 Implementación y prueba del prototipo

3.4.1.1 Validación

En esta etapa se procedió a validar el producto final, esta validación se llevó a cabo

con un formato tipo encuesta. Dicha encuesta fue formulada estrictamente para nuestro

cliente; el preparador, en este caso los 5 preparadores de la cátedra de Mecánica de Sólidos

II.

3.4.1.1.1 Formato de la validación

El formato utilizado para la validación (Anexo 10), consta de una primera página

con una breve explicación del motivo de ésta y su respectiva instrucción de cómo

responder el cuestionario, luego posee 3 páginas donde se encuentran 21 preguntas con

posibilidades de dar respuestas afirmativas o negativas y a su vez calificarla según una

escala que va desde el 1 con un valor de Muy Mala al 5 con un valor de Excelente.

108

3.4.1.1.2 Resultados y análisis de la evaluación

Una vez que se procesó todas las 5 encuestas realizadas a los preparadores de la

asignatura Mecánica de Sólidos II de EIM se continuó a hacer un estudio de los resultados

obtenidos.

Gráficos 23Validación-Pregunta 1

Gráficos 24Validación- Pregunta 1

La primera pregunta de la encuesta estaba destinada a calificar si los preparadores

consideran que la presentación aporta conocimientos a los estudiantes, esta calificación se

procedió de la siguiente manera, primero los preparadores opinaron de manera positiva o

negativa; en este caso se observó que un 100% de los encuestados opina que la

presentación aporta conocimientos a los estudiantes (Grafico 23).

109

A partir de este 100%, se puede observar en elGrafico24que un 80% de estos opinó

que la presentación aporta un excelente conocimiento a los estudiantes, mientras que un

20% opinó que su aporte es bueno y no se obtuvo ningún resultado en las otras opciones.



Esta pregunta de la encuesta estaba destinada a calificar si la herramienta

complementa la formación integral del estudiante, esta calificación se procedió de la

siguiente manera, primero los preparadores opinaron de manera positiva o negativa; en este

caso se observó que un 100% de los encuestados opina que esta herramienta complementa

la formación integral de los estudiantes (Grafico 25).

A partir de este 100%, se puede observar en la Grafico 26que un 60% opinó que la

herramienta complementa excelentemente la formación integral, mientras que un 40%

opinó que su calificación era buena y no se obtuvo ningún resultado en las otras opciones.

110


La pregunta 3 se basó en si el preparador considera factible la posibilidad de que

esta herramienta sea implementada como complemento del laboratorio, las posibles

respuestas son afirmativas o negativas, el 100% de los preparadores opinó de manera

afirmativa Grafico 27.


111


La pregunta 4 de la encuesta estaba destinada a calificar si la presentación cubre el

contenido de la práctica, los preparadores opinaron de manera rotunda que si (Grafico 28).

Dentro de este 100%, se establecieron nuevos parámetros de calificación, en los

cuales un 60% opinó que la presentación cubre el contenido de la práctica de una manera

excelente, sin embargo un 40% opinó que el contenido de la práctica se cubre de manera

buena (Grafico 29).


A los preparadores de la EIM se les pregunto cómo calificarían la selección de los

contenidos (Grafico 30), estos opinaron con un 80% que la selección de contenido es

excelente, mientras que un 40% opinó que es buena y no se obtuvo ningún resultado en las

otras opciones.

112


La pregunta 6 se basó en averiguar si la presentación facilita la comprensión acerca

del tema, los preparadores contestaron de la siguiente manera: un 80% opinó que la

presentación facilita la comprensión excelentemente, mientras un 20% opinó que es bueno

(Gráfico 31).


A continuación se les preguntó a los preparadores si les pareció adecuado para la

comprensión del tema, estos contestaron con un alto porcentaje del 80% la opción

excelente, mientras que un bajo porcentaje del 20% respondió que es regular (Grafico 32).

113


La octava pregunta trato sobre si los preparadores consideran que el producto es

adecuado para el aprendizaje del tema, en esta pregunta los encuestados opinaron con un

40% que es excelente, sin embargo un 60% opinó que es bueno (Grafico33).



114

La pregunta 9 de la encuesta estaba destinada a calificar si se considera que los

estudiantes asimilarán mejor la práctica con esta herramienta, en esta calificación se

procedió de la siguiente manera, primero los preparadores opinaron de manera afirmativa o

negativa; en este caso se observó que en su totalidad opinaron que si (Grafico 34).

A partir del 100% de los preparadores que opinaron de manera afirmativa, se puede

observar en la Grafica 35 que un 80% de estos opinó que los estudiantes asimilarán de

manera excelente la práctica con esta herramienta, mientras que un 20% opinó que su

calificación era buena y no se obtuvo ningún resultado en las otras opciones.


En la pregunta 10 se procedió a preguntarles a los preparadores si consideraban que

las otras prácticas del laboratorio de mecánica de sólidos II deberían implementar esta

herramienta complementaria, la mayoría opinó de manera afirmativa (Grafico 36).


115

A continuación se les pregunto a los preparadores si les pareció de fácil manejo,

estos contestaron con un alto porcentaje del 80% la opción si, mientras que un bajo

porcentaje del 20% respondió que no (Grafico 37).


La doceava pregunta trató sobre si a los preparadores la presentación les despertó

interés, en esta pregunta los encuestados opinaron con un rotundo 100% que si

(Grafico38).


A los preparadores de la EIM se les preguntó cómo calificarían el diseño de la

pantalla (Grafico 39), estos opinaron con un 100% que el diseño de la pantalla es

excelente y no se obtuvo ningún resultado en las otras opciones.

116


La pregunta 14 que se realizó en la encuesta se basa en el uso adecuado del

producto; esta pregunta se separó en 2 renglones. El primer renglón es concretamente sobre

el uso de las ventanas, el cual un 40% de los encuestados opinaron que son buenas y un

60% opinó que son excelentes.

El segundo renglón es específicamente sobre los colores; en este aspecto se obtuvo

el máximo porcentaje en la opción excelente (Grafico 40).


117


Esta pregunta de la encuesta estaba destinada a calificar la secuencia de las

pantallas, en esta calificación se procedió de la siguiente manera, primero los preparadores

opinaron de manera positiva o negativa; en este caso se observó que un 100% de los

encuestados opina que esta herramienta complementa la formación integral de los

estudiantes (Grafico 41).

A partir de este 100%, se puede observar en la Grafico 42 que un 60% de estos

opinó que la secuencia de las ventanas es excelente, mientras que un 40% opinó que su

calificación era buena y no se obtuvo ningún resultado en las otras opciones.


118


La pregunta número 16 de la encuesta estaba destinada a calificar si los

preparadores consideran que el tutorial es interactivo, esta calificación se procedió de la

siguiente manera, primero los preparadores opinaron de manera afirmativa o negativa; en

este caso se observó que un 80% de los encuestados opina que el tutorial es interactivo, sin

embargo un 20% opina que no lo es (Grafico 43).

A partir de este 80%, se puede observar en el Grafico 44que un 60% de estos opinó

que la presentación aporta un excelente conocimiento a los estudiantes, mientras que un

20% opinó que su aporte es bueno, otro 20% opinó que es regular y no se obtuvo ningún

resultado de las dos opciones restantes.


119


En esta pregunta se le planteó al preparador si considera la interface de ANSYS

amigable , en esta evaluación se procedió de la siguiente forma, primero los preparadores

opinaron de manera afirmativa o negativa; e este caso se observó que un 80% de los

encuestados opina que ANSYS es amigable, sin embargo un 20% opina que no lo es

(Grafico 45).

A partir de este 80%, se puede apreciar en el Grafico 46 que un 40% de los

encuestados opinó que la interface es regular, mientras que un 40% opinó que la interface

es buena, otro 20% opinó que es excelente y no se obtuvo ningún resultado de las dos

opciones restantes.


120

A los preparadores de la EIM se les pregunto si se tiene una buena información

acerca del recorrido (Grafico 47), estos opinaron con un 60% que el recorrido es

excelente, un 20% opinó que es regular, como también un 20% opinó que es regular y no

se obtuvo ningún resultado en las otras opciones.


A continuación se les preguntó a los preparadores si considera correcta la secuencia

de las pantallas, estos contestaron con un alto porcentaje del 80% la opción excelente,

mientras que un bajo porcentaje del 20% respondió que es regular (Grafico 48).


121


Esta pregunta de la encuesta estaba destinada a calificar si ANSYS es de fácil

manejo, esta calificación se procedió de la siguiente manera, primero los preparadores

opinaron de manera positiva o negativa; en este caso se observó que un 100% de los

encuestados opina que ANSYS es de fácil manejo (Grafico49).


consideró que el manejo de ANSYS es bueno, mientras que un 20% votó que es excelente,

otro 20% opinó que es regular y no se obtuvo ningún resultado en las otras opciones.


122


En la última pregunta de la encuesta, se le pregunta a los preparadores si consideran

que con el tutorial puedan iniciar el manejo del ANSYS, esta calificación se procedió de la

siguiente manera, primero los preparadores opinaron de manera afirmativa o negativa; en

este caso se observó que un 80% de los encuestados opina de manera afirmativa, sin

embargo un 20% opina lo contrario (Grafico51).


consideró que se puede iniciar en el manejo del ANSYS excelentemente, a su vez otro 20%

votó regular y un 20% opinó bien.

Esta encuesta nos demostró resultados muy positivos con respecto a nuestro

producto, viendo que la mayoría apoya la idea de manera contundente y que los

preparadores se encuentran bastante interesados en que se implemente esta herramienta en

el laboratorio en aras de mejorar la formación integral de los estudiantes.

Se pudo observar en las encuestas que hay algunas deficiencias en el tutorial de

ANSYS, como también a su vez con respecto al uso del ANSYS, esto, claro está que es un

software completamente ajeno a ellos, que es primera vez que interactúan con él y que su

manejo necesitará un breve tiempo de práctica, para que el preparador se sienta cómodo

con esta herramienta.

123

3.4.2 Diseño del Sistema final

Con los resultados y análisis de la evaluación, se procedió a realizar todas las

mejoras y cambios necesarios, para así poder brindarles a los futuros usuarios un producto

de alta calidad. Las mejoras y cambios que se ejecutaron, fueron los siguientes:

• Modificar el tutorial de ANSYS a una velocidad más lenta.

• Reemplazar unas palabras y definiciones muy técnicas a unas más sencillas

y las cuales son usadas por los profesores.

• Modificar el tutorial ANSYS para hacerlo más demostrativo y entendible.

• Agregar unos puntos de teoría.

• Cambiar la Norma del ensayo a español.

Esta última etapa del diseño definitivo, fue ejecutada con el objetivo de que este

producto será entregado al jefe del departamento de diseño, como aporte de este trabajo

especial de grado.

3.5 FASE 5 y 6: Ejecución y evaluación de la propuesta

3.5.1 Elaboración del manual de usuario

En esta fase se elaboró un manual de usuario, el cual es un componente esencial del

programa; sirve de puente entre el diseñador y el usuario, comunicando a este último la

función de cada una de las partes del programa, cómo se relacionan y el resultado que se

espera lograr en cada uno de ellos y a su vez ser capaz de facilitar el manejo adecuado del

programa. Este manual comprenderá:

• Guía para acceder al simulador computacional.

• Conocer cómo utilizar los archivos, mediante una descripción ilustrada de

las opciones.

124

• Conocer el alcance de toda la información por medio de una explicación

detallada e ilustrada de cada una de las páginas que lo conforman.

3.5.1.1 Manual de Usuario

Para observar el manual de usuario que estará contenido dentro del empaque del

producto final ver Anexo 11.

3.5.2 Diseño Gráfico y elaboración del CD

Para la elaboración del diseño gráfico se contó con la ayuda del diseñador gráfico

Antonio Pimentel, el cual se encargó por completo de la confección del diseño y la

imprenta del físico de los CDs.

El boceto que realizo para los CDs es el siguiente.

Ilustración 32 Boceto del CD

125

3.5.3 Diseño del Empaque

En el diseño del empaque se contó con el servicio del diseñador gráfico Antonio

Pimentel, el cual se encargó por completo de la confección del diseño y la elaboración del

empaque.

El boceto que realizó para la presentación del empaque es el siguiente.

Ilustración 33 Boceto del Empaque

126

3.5.4 Producto final

Al haberse logrado todos los objetivos previstos y partiendo de que el motivo

principal de este TEG es mejorar la formación integral del estudiante de la EIM, más

específicamente en lo referente a su formación práctica respecto al tema sobre ensayo de

fatiga, se elaboró el producto final el cual no sólo abarca este trabajo especial de grado,

sino que también incluye un DVD que le será entregado al jefe del Departamento de

Diseño. Dicho DVD contendrá lo siguiente:

1. Una simulación del ensayo de fatiga de flexión rotativa en el software ANSYS.

2. Un Tutorial sobre el uso y manejo básico de ANSYS.

3. El nuevo formato de la práctica.

4. Una presentación en el formato Prezi.

Este DVD estará presentado en un empaque plenamente identificado y con su

respectivo manual de usuario.

127

CAPITULO IV

4.1 Conclusiones

1. A este nivel el programa ANSYS no permitió realizar una simulación exacta porque no se

pudo establecer con exactitud en qué punto se iniciaba la grieta de fatiga.

2. Los resultados de la investigación a nivel general arrojaron que la situación actual de los

laboratorios no es la más óptima y existe una seria deficiencia para la realización de las

diferentes prácticas.

3. La selección del software de simulación usando herramientas de diseño conceptual aseguró

que este fuese el más adecuado y más viables desde el punto de vista ingenieril, a través de

este se pudo recrear, emular y simular procesos del ensayo de fatiga.

4. A través del estudio observacional y las encuestas y entrevistas realizadas a profesores y

estudiantes pertenecientes a la EIM se comprobó el mal estado y no operatividad de la

maquina usada para llevar a cabo el ensayo de fatiga del Laboratorio de Diseño, también

se comprobó que la charla demostrativa realizada en la EIMCM genera ciertas inquietudes,

incertidumbres y dudas en el estudiante.

5. La solución final consistió en la entrega de un material de respaldo que incluye la

herramienta computacional implementada, la teoría, el procedimiento, el manual de uso y

todos los elementos que engloba la práctica de laboratorio de ensayo de fatiga, que se

adecuan a las necesidades actuales de la formación integral de un ingeniero de la EIM de la

UCV, ya que cubre la comunión que debe haber entre los fundamentos teóricos,

herramientas computacionales y experiencias vivenciales o prácticas.

6. A través de las encuestas de validación realizadas a los preparadores se pudo comprobar

que el aporte o nuestro producto final puede complementar, ayudar y mejorar el proceso

para impartir el proceso del ensayo.

128

4.2 Recomendaciones

1. Formalizar la implementación de las herramientas computacionales para la simulación de

los diferentes fenómenos estudiados en la escuela, de tal manera que no se limite solo al

ensayo de fatiga sino a todas las prácticas de laboratorio de esta u otras materias de la

EIM-UCV en donde sea adaptable y viable su uso.

2. Capacitar a los preparadores de la EIM para que dominen la herramienta computacional

denominada ANSYS de manera que puedan desarrollar el programa y manejarlo con

facilidad basándose en lo establecido en la investigación.

3. La metodología planteada durante la investigación se puede aplicar para cualquier

laboratorio o espacio que requiera de una modificación, por lo tanto se recomienda su

aplicación para los distintos laboratorios que existen en la EIM.

4. Examinar la posibilidad de obtener apoyo financiero mediante convenios con

universidades, entidades gubernamentales o por incentivos de empresas privadas que

estimulen a la inversión en la EIM de la UCV.

5. Debido a la sensibilidad que presentan los programas de simulación a la hora de ofrecer

resultados, se recomienda utilizar como mínimo 5 bases de datos del material para

equilibrar la simulación y reducir el porcentaje de error generado en los resultados.

6. El uso del programa computacional ANSYS debe tomar un papel fundamental en el

laboratorio de ensayos destructivos, se recomienda que se utilice este trabajo como semilla

para las próximas investigaciones con la finalidad de implementar la herramienta

computacional en las otras 6 prácticas que componen el programa de la materia de

Mecánica de Sólidos II y en caso de ser exitoso implementar la solución en todos los

laboratorios de la EIM de la UCV.

129

BIBLIOGRAFÍA

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cargas aleatorias. Tesis de maestría, Centro de Investigación en Matemáticas.

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temperatura y la frecuencia de carga sobre el crecimiento de grieta en la fatiga del

policloruro de vinilo clorado utilizando el método de los elementos de contorno.

Universidad Central de Venezuela.

3. Mikel Calvo Fabo (2012). Desarrollo de software para calculo a fatiga de ejes según

modelos s-n y -n. Escuela técnica superior de ingenieros, Pamplona.

4. Francisco J. Mata Aroco. (2011). Desarrollo de un programa para el diseño y

verificación de ejes sometidos a fatiga. Tesis de carrera, Universidad Carlos III,

España.

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7. Arias, F. (2004). El proyecto de investigación: Introducción a la metodología

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8. B. Denkena y M. Koeller (2013).Simulation based parameterization for process

monitoring of machining operations. Trabajo de ascenso. Universidad de Leibniz,

Alemania.

9. Csaba, K.; Gergely, P.; Botond, K.; y Lázsló M. (2013). Metodología y estructura de

datos para la especificación de un sistema uniforme en proyectos de simulación.

Trabajo de ascenso. Universidad de Tecnología y Economía de Budapest. Hungría.

10. Shannon R.E. (1988). “Simulación de Sistemas. Diseño, desarrollo e

implementación”.

130

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Universidad Nacional de Jujuy. Argentina

12. Romero Alejandro y Salazar Dimas (2007). Herramienta computacional para el

estudio del comportamiento del flujo multifasico con transferencia de calor en líneas

de flujo. Trabajo de tesis. Universidad Central de Venezuela. Caracas

13. Fishman G.S. (1978). “Conceptos y métodos en la simulación digital de eventos

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14. J.E. Shigley. (2006). Diseño en Ingeniería Mecánica.

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16. Ing. Luis Gomez Bravo (1992) Mejoramiento continuo de calidad y productividad.

FIM, Segunda Edición

17. Formulación, evaluación y control de investigación y desarrollo. Caracas. SPI.Cerda, H. (1995).

18. Balcells I, J. (2004). La investigación social introducción a los métodos y las

técnicas.

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edición).

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21. Piergiorgio, C. (2007). Metodología y Técnicas de Investigación Social.

131

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http://www.3ds.com/es/productos-y-servicios/catia/ [Consulta 2013, febrero 4].

2. Página oficial de la Universidad Central de Venezuela (2009). Disponible

[http://www.ucv.ve/sobre-la-ucv/resena-organizacional/mision-y-vision-objetivos-y-

valores.html]. Caracas. Venezuela.

3. Página oficial de la Organización de la UCV (2009). Disponible

[http://www.ucv.ve/sobre-la-ucv/resena-organizacional/manual-organizacional-

ucv.html]. Caracas. Venezuela.

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6. http://copernico.escuelaing.edu.co/lpinilla/www/protocols/MATE/PROTOCOLO%2

0FATIGA.pdf

7. http://www.slideshare.net/n.ando/21estudio-de-fatiga-por-el-mtodo-fem

8. http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/ptrb2_2_4.html.

9. Uzcategui Flores Maylett Y. (2012). Abaqus programa de elementos finitos. Manual

de usuario en línea. Disponible: http://www.cecalc.ula.ve/documentacion/

introduccion_abaqus [Consulta 2014, marzo 2].

133

ANEXOS

Anexo 1

141

Anexo 2

Anexo 3

142

Selección de Métodos:

Trazabilidad de las mediciones:

Muestreo:

Equipos:

Pregunta Objetivo

1. ¿Cómo es la metodología desarrollada en el ensayo por parte

del laboratorio?

Verificar como es la metodología desarrollada en el ensayo aplicado en el

laboratorio.

2. ¿Se realizan métodos no normalizados para realizar el

ensayo?

Conocer si existen los métodos no normalizados en la realización del

ensayo.

3. ¿La validación de los resultados obtenidos en el ensayo

cumplen con los objetivos esperados?

Verificar si los resultados obtenidos en el ensayo cumplen con los

objetivos propuestos en la práctica.

4. ¿La gama y exactitud de los resultados que se obtienen

empleando los métodos validados son adecuados para el uso de

las necesidades del estudiante?

Determinar la calidad de los resultados obtenidos en la práctica y como

repercuten en las necesidades del estudiante.

5. ¿El laboratorio posee un procedimiento para estimar la

incertidumbre de las mediciones realizadas en el ensayo?

Determinar si existe alguna medida que se implemente para estimar la

incertidumbre de las mediciones realizadas y obtenidas en el ensayo.

6. ¿Los métodos analíticos utilizados en el ensayo para la

estimación de la incertidumbre son?

Determinar la calidad de los métodos utilizados para calcular la

incertidumbre en el ensayo.

7. ¿Los cálculos obtenidos en el ensayo están sujetos a

verificaciones de una manera sistemática?

Conocer si los resultados obtenidos de los cálculos del ensayo están

sometidos o no a verificaciones sistemáticas.

8. ¿Se utilizan equipos computarizados para captar, procesar,

registrar, informar, almacenar y recuperar los datos de los

ensayos?

Determinar si se poseen los equipos computarizados relacionados con el

manejo de los datos para la realización del ensayo.

Pregunta Objetivo

1. ¿El laboratorio posee algún programa y/o procedimiento para

la calibración de sus equipos?

Conocer si el laboratorio posee algún tipo de programa o procedimiento

para la calibración de sus equipos.

2. ¿Cuál es la confiabilidad de las calibraciones y las mediciones

realizadas a los equipos utilizados en el ensayo?

Determinar y verificar la confiabilidad de las calibraciones y mediciones

realizadas a todos los equipos involucrados con el ensayo.

3. ¿El laboratorio se asegura que los equipos utilizados en los

ensayos puedan proveer las incertidumbres en las mediciones

requeridas?

Determinar si los equipos involucrados en el ensayo proveen

incertidumbres acertadas en las mediciones que lo requieran.

4. ¿El laboratorio tiene algún procedimiento para la calibración

basada en patrones de referencia?

Conocer si el laboratorio posee algún tipo de procedimiento para la

calibración de sus equipos basada en patrones de referencia.

Pregunta Objetivo

1. ¿El laboratorio posee algún plan y/o procedimiento para

realizar el muestreo de los materiales que luego serán utilizados en

el ensayo?

Conocer si el laboratorio posee algún tipo de plan o procedimiento para

la realización de un muestreo de los materiales antes de proceder con el

ensayo.

2. ¿El laboratorio posee procedimientos para registrar los datos

y las operaciones relacionadas con el muestreo realizado en los

ensayos?

Conocer si el laboratorio posee procedimientos para registrar los datos y

las operaciones relacionadas con el muestreo realizado en los ensayos.

143

Manipulación de los ítems de ensayo:

Pregunta Objetivo

1. ¿El laboratorio está provisto con todos los implementos para

realizar el muestreo y la medición requerida para la correcta

ejecución del ensayo?

Conocer si el laboratorio cuenta con los implementos necesarios para

realizar el muestreo y la medición de la manera más precisa y correcta

posible.

2. ¿Las exactitudes arrojadas por el software y los equipos

utilizados en el ensayo son?

Verificar la calidad de las exactitudes y de los equipos utilizados en el

ensayo

3. ¿Los equipos utilizados en los ensayos son operados por

personal autorizado?

Conocer si la maquinaria y equipos utilizados en el ensayo son operados

por personal autorizado.

4. ¿Todos los equipos y software utilizados en el ensayo están

correctamente identificados?

Conocer si los equipos utilizados en la práctica y durante el ensayo están

identificados y cumplen con las normas.

5. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen el nombre del

fabricante?

Conocer si los equipos utilizados en la realización del ensayo están

correctamente identificados.

6. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen identificación

del modelo?



7. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen número de

serie?



8. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen las

instrucciones del fabricante?


correctamente identificados y poseen las instrucciones del fabricante.

9. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen un plan de

mantenimiento y un registro de estas?

Conocer si los equipos utilizados en la realización del ensayo poseen un

plan y registro de mantenimiento determinado.

10. ¿Las máquinas utilizadas en el ensayo poseen un registro de

los daños, modificaciones o reparaciones?

Conocer si los equipos utilizados en la realización del ensayo poseen un

registro de daños, modificaciones o reparaciones.

11. ¿Cómo calificaría la limpieza de los equipos utilizados en el

ensayo?

Determinar el nivel de limpieza en que se encuentran los equipos

utilizados en el ensayo.

12. ¿Cómo calificaría la manipulación de los equipos utilizados en

el ensayo?

Determinar la calificación de la manipulación de los equipos utilizados en

el ensayo.

13. ¿Si el equipo sufre algún siniestro o daño, se puede proceder

a realizar una calibración antes de ponerla en funcionamiento de

nuevo?

Conocer si el funcionamiento de los equipos puede ser restituido una vez

que éstos hayan sufrido algún tipo de daño o siniestro.

14. ¿Los equipos utilizados en el ensayo están protegidos contra

ajustes que puedan invalidar los resultados?

Conocer si los equipos utilizados en el ensayo poseen algún sistema de

protección o están protegidos contra agentes o ajustes que puedan

invalidar los resultados.

144

Informe de los resultados:

Personal:

Pregunta Objetivo

1. ¿El laboratorio posee procedimientos para el transporte, la

recepción, la manipulación, la protección y el almacenamiento de

los ítems utilizados en el ensayo?

Conocer si el laboratorio posee algún tipo de plan o procedimiento para

las diferentes actividades que se ven involucrados los ítems utilizados en

el ensayo.

2. ¿El laboratorio posee un sistema para la identificación de los

ítems de ensayo?

Conocer si el laboratorio posee algún tipo de sistema que se implemente

para la identificación de todos los ítems involucrados en el ensayo.

3. ¿Cómo es la evaluación de los ítems utilizados en el ensayo

por parte del personal del laboratorio?

Determinar la calidad de la evaluación de los ítems utilizados en el ensayo

por parte del personal encargado del laboratorio.

4. ¿Cómo calificaría los procedimientos e instalaciones

existentes para almacenar y evitar el deterioro, pérdida o daño de

los ítems utilizados en el laboratorio?

Determinar la calidad de los procedimientos e instalaciones existentes

para el almacenamiento, deterioro o daño de los ítems utilizados en el

ensayo.

5. ¿Cómo calificaría el nivel del control de calidad de los

procedimientos llevados a cabo en el laboratorio?

Determinar el nivel del control de calidad de los diferentes

procedimientos realizados en el ensayo.

6. ¿El personal que dicta el laboratorio cuenta con los criterios

predefinidos para tomar acciones en cuanto a la corrección de un

resultado no esperado?

Verificar si el personal encargado del laboratorio cuenta con los

conocimientos necesarios para enfrentar cualquier problema, resultado o

pregunta que se le presente en el ensayo.

Pregunta Objetivo

1. ¿Cuándo es finalizado cada ensayo, el informe final

presentado al cliente posee el siguiente ítem: Título?Verificar si al finalizar el ensayo el informe final incluye el título.


presentado al cliente posee el siguiente ítem: Identificación del

método utilizado?

Verificar si al finalizar el ensayo el informe final contiene la identificación

del método utilizado.


presentado al cliente posee el siguiente ítem: Descripción,

condición e identificación de los ítems ensayados?

Verificar si al finalizar el ensayo el informe final incluye la descripción,

condición e identificación de los ítems ensayados.


presentado al cliente posee el siguiente ítem: Los resultados de

los ensayos con unidades de medición correspondientes?

Verificar si al finalizar el ensayo el informe final incluye los resultados de

los ensayos con unidades de medición correspondientes

5. ¿Cómo calificaría las condiciones bajo las cuales fueron

hechas las calibraciones y su influencia en los resultados de la

medición?

Determinar las condiciones bajo las cuales fueron hechas las calibraciones

y como estas repercuten en los resultados.

6. ¿Existen procedimientos para tomar en cuenta las opiniones o

recomendaciones de las personas a las cuales se les dicta el

ensayo?

Conocer si existen procedimientos para tomar en cuenta las opiniones y

recomendaciones de todas las personas que realizan el ensayo.

145

Ambiental:

Anexo 4

Pregunta Objetivo

1. ¿Las personas encargadas de dictar las prácticas están

calificadas para trabajar con los equipos?

Obtener la apreciación actual que tienen los usuarios del laboratorio con

las personas encargadas de dictar las prácticas.

2. ¿El personal que dicta la práctica tiene la supervisión

adecuada para la certificación del conocimiento?

Verificar si el personal encargado de dictar la práctica cuenta con un

superior que se encargue de certificar los conocimientos a lo largo del

ensayo.

3. ¿El departamento encargado del laboratorio formula metas

para supervisar la educación, formación y habilidades del

personal del laboratorio?

Verificar si el personal encargado de dictar la práctica cuenta con un

superior que se encargue de supervisar y certificar los conocimientos a lo

largo del ensayo.

4. ¿Las políticas y los procedimientos para la formación del

personal son?

Determinar la calidad de las políticas y procedimientos llevados a cabo

para la formación del personal encargado de los laboratorios

5. ¿El laboratorio realiza periódicamente pruebas de aptitud

para mantener actualizado el personal de trabajo?

Verificar si se implementan pruebas, evaluaciones o exámenes que

mantengan actualizado al personal encargado del laboratorio.

6. ¿Se realizan pruebas para mantener a los equipos

involucrados en el ensayo calibrados?

Determinar si se realizan pruebas para mantener los equipos involucrados

en el ensayo calibrados durante su uso en el laboratorio

7. ¿Qué nivel de calibración periódica se le realizan a los

equipos involucrados en el ensayo?

Determinar el nivel de calibración periódica que se realizan a los equipos

involucrados en el ensayo.

Pregunta Objetivo

1. ¿El montaje del ensayo es?Determinar el nivel de la calidad del montaje del ensayo y las condiciones

del laboratorio.

2. ¿La iluminación del ensayo es?Obtener información acerca de cómo es la iluminación del laboratorio

durante el ensayo

3. ¿Las condiciones ambientales donde se lleva a cabo el

ensayo son?

Determinar el nivel de las condiciones ambientales en las cuales se lleva a

cabo el ensayo en el laboratorio.

4. ¿El laboratorio supervisa los niveles de polvo?Obtener información acerca de la supervisión de los niveles de polvo

presentes en el laboratorio durante el ensayo.

5. ¿El laboratorio supervisa los niveles de humedad?Obtener información acerca de la supervisión de niveles de humedad en

el laboratorio durante el ensayo.

6. ¿El laboratorio supervisa los niveles de temperatura?Obtener información acerca de la supervisión de los niveles de

temperatura en el laboratorio durante el ensayo.

7. ¿El laboratorio supervisa los niveles de ruido?Obtener información acerca de la supervisión de los niveles de ruido en el

laboratorio durante el ensayo.

8. ¿El laboratorio supervisa los niveles de vibración?Obtener información acerca de la supervisión de los niveles de vibración

en el laboratorio durante el ensayo.

9. ¿El área donde se desarrolla el ensayo está retirado de

actividades incompatibles?

Obtener la apreciación de los usuarios relacionada con el área donde se

lleva a cabo el ensayo.

10. ¿Las medidas para asegurar el orden y la limpieza del

laboratorio son?

Conocer si se toman algunas medidas para asegurar el orden y la limpieza

en el laboratorio durante el ensayo.

146

Estimado Entrevistado:

En nuestro trabajo especial de grado requerimos de la recolección de información

que nos arroje un sondeo en cuanto a las condiciones que presentan los laboratorios.

Para lograr esto, lo más valioso es su opinión, por lo que se solicita responder con

sinceridad un breve cuestionario anexo, cuya respuesta será la mejor ayuda para el

desarrollo de nuestra investigación.

Se agradece su atención a la presente.

ATENTAMENTE

_______________________________

Diana Pimentel C.I.: 19.378.211

Carlos Romero C.I.: 20.364.393

Instrucciones:

El cuestionario que se anexa consta de una serie de afirmaciones y preguntas

sobre las condiciones y servicios que ofrecen los laboratorios. En cada una califique según

la experiencia que tenga, respecto a lo que se afirma.

En el cuadro correspondiente marque con una X la respuesta que le asigna usted a

su experiencia con el servicio, de tratarse de una respuesta “SI”, calificarla según

esta escala:

147

Nombre: Cargo:

Departamento: Fecha:

Selección de métodos

1. ¿Cómo es la metodología desarrollada en el ensayo por parte del laboratorio?

2. ¿Se realizan métodos no normalizados para realizar el ensayo?

3. ¿La validación de los resultados obtenidos en el ensayo, cumple con los objetivos esperados?

4. ¿La gama y exactitud de los resultados que se obtienen empleando los métodos validados son adecuados para el uso de las necesidades del estudiante?

5. ¿El laboratorio posee un procedimiento para estimar la incertidumbre de las mediciones realizadas en el ensayo?

6. ¿Los métodos analíticos utilizados en el ensayo para la estimación de la incertidumbre son?

7. ¿Los cálculos obtenidos en el ensayo están sujetos a verificaciones de una manera sistemática?

8. ¿Se utilizan equipos computarizados para captar, procesar, registrar, informar, almacenar y recuperar los datos de los ensayos?

148

Equipos

¿El laboratorio está provisto con todos los implementos para realizar el muestreo y la medición requerida para la correcta ejecución del ensayo?

9. ¿Las exactitudes arrojadas por el software y los equipos utilizados en el ensayo son?

10. ¿Los equipos utilizados en los ensayos son operados por personal autorizado?

11. ¿Todos los equipos y software utilizados en el ensayo están correctamente identificados?

12. ¿Las maquinas utilizadas en el ensayo poseen el nombre del fabricante?

13. ¿Las maquinas utilizadas en el ensayo poseen la identificación del modelo?

14. ¿Las maquinas utilizadas en el ensayo poseen número de serie?

15. ¿Las maquinas utilizadas en el ensayo se posee las instrucciones del fabricante?

16. ¿Las maquinas utilizadas en el ensayo poseen un plan de mantenimiento y un registro de estas?

17. ¿Las maquinas utilizadas en el ensayo poseen un registro de los daños, modificaciones o reparaciones?


149

19. ¿Cómo calificaría la manipulación de los equipos utilizados en el ensayo?

20. ¿Si el quipo sufre algún siniestro o daño, se procede a realizar una calibración antes de ponerla en funcionamiento de nuevo?

21. ¿Los equipos utilizados en el ensayo están protegidos contra ajustes que puedan invalidar los resultados?

Trazabilidad de las mediciones

22. ¿El laboratorio posee un programa y un procedimiento para la calibración de sus equipos?

23. ¿Cuál es la confiabilidad de las calibraciones y las mediciones realizadas a los equipos utilizadas en los ensayos?

24. ¿El laboratorio se asegura que los equipos utilizados en los ensayos puedan proveer las incertidumbres en las mediciones requeridas?

25. ¿El laboratorio tiene un procedimiento para la calibración basada en patrones de referencia?

Muestreo

¿El laboratorio posee un plan y un procedimiento para realizar el muestro de los materiales que luego serán utilizados en el ensayo?

26. ¿El laboratorio posee procedimientos para registrar los datos y las operaciones relacionadas con el muestreo realizado en los ensayos?

150

Manipulación de los ítems de ensayo

27. ¿El laboratorio posee procedimientos para el transporte, la recepción, la manipulación, la protección, el almacenamiento de los ítems utilizados en el ensayo?

28. ¿El laboratorio posee un sistema para la identificación de los ítems del ensayo?

29. ¿Cómo es la evaluación de los ítems utilizados en el ensayo por parte del personal del laboratorio?

30. ¿Cómo calificaría los procedimientos e instalaciones existentes para almacenar y evitar el deterioro, pérdida o daño de los ítems utilizados en el laboratorio?

31. ¿Cómo calificaría el nivel del control de calidad de los procedimientos llevados a cabo en el laboratorio?

32. ¿El personal que dicta el laboratorio cuenta con criterios predefinidos para tomar acciones en cuanto a la corrección de un resultado no esperado?

Informe de los resultados

33. ¿Cuándo es finalizado cada ensayo, el informe final presentado al cliente posee los siguientes ítems?

5. Título. 6. Identificación del método utilizado. 7. Descripción, condición e identificación de los ítems ensayados

8. Los resultados de los ensayos con sus unidades de medición correspondiente.

39. ¿Cómo calificaría las condiciones bajo las cuales fueron hechas las calibraciones y su influencia en los resultados de la medición?

151

40. ¿Existen procedimientos para tomar en cuenta las opiniones o recomendaciones de las personas a cuales se le dicta el ensayo?

Personal

41. ¿Las personas encargadas de dictar las prácticas están calificadas para trabajar con los equipos?

42. ¿El personal que dicta la práctica tiene la supervisión adecuada, para la certificación del conocimiento?

43. ¿El departamento encargado del laboratorio formula metas para supervisar la educación, formación y habilidades del personal de laboratorio?

44. ¿Las políticas y los procedimientos para la formación del personal son?

45. ¿El laboratorio realiza periódicamente pruebas de aptitud para mantener actualizado el personal de trabajo?

46. ¿Se realizan pruebas para mantener a los equipos involucrados en el ensayo calibrados?

47. ¿Qué nivel de calibración periódica se le realizan a los equipos involucrados en el ensayo?

Ambiental

48. ¿El montaje del ensayo es?

49. ¿La iluminación del ensayo es?

152

50. ¿Las condiciones ambientales donde se lleva a cabo el ensayo son?

51. ¿El laboratorio supervisa los niveles de polvo?

52. ¿El laboratorio supervisa los niveles de humedad?

53. ¿El laboratorio supervisa los niveles de temperatura?

54. ¿El laboratorio supervisa los niveles de ruido?

55. ¿El laboratorio supervisa los niveles de vibración?

56. ¿El área donde se desarrolla el ensayo está retirado de actividades incompatibles?

57. ¿Las medidas para asegurar el orden y la limpieza del laboratorio son?

153

Anexo 5

Anexo 6

Pregunta Objetivo

1. ¿Cuál es su opinión sobre el estado del

laboratorio?

Diagnosticar el estado de los laboratorios de

diseño, según la percepción de los usuarios.

8. ¿Considera necesario la creación de un nuevo

laboratorio?

Obtener la apreciación de los usuarios acerca de

la formación de un nuevo laboratorio.

9. ¿Considera usted que las personas encargadas

de dictar las practicas están calificadas?

Diagnosticar las perspectivas que los alumnos

manejan sobre los preparadores y técnicos.

10. ¿Cómo calificaría la limpieza de los equipos

utilizados en el ensayo?

Establecer parámetros de limpieza e higiene

acerca del estado de los laboratorios

5. ¿Considera usted que el laboratorio actual

aporte conocimientos en la formación del

ingeniero?

Verificar la utilidad de los laboratorios actuales de

diseño en cuanto a los conocimientos adquiridos

en el mismo.

6. ¿Considera usted que los laboratorios actuales

aportan experiencia en la formación del

ingeniero?

Verificar la utilidad de los laboratorios actuales de

diseño en cuanto a las experiencias que se

adquieren en los mismos.

7. ¿Considera usted que los laboratorios podrían

ser un espacio de enseñanza que aporten

experiencias técnicas?

Establecer la posición del usuario respecto a la

inclusión de actividades técnicas y no

convencionales en los laboratorios pre-existentes.

2. ¿Considera usted apropiado la posibilidad de

obtener experiencias vivenciales mediante un

laboratorio?

Establecer la posición del usuario con respecto a

la realización de actividades y experiencias de

carácter vivencial.

3. ¿Considera usted que los conocimientos

impartidos en teoría se complementan con el

laboratorio?

Obtener la apreciación actual de los usuarios

referente al papel del laboratorio en comunión con

la teoría.

4. ¿Considera usted que las practicas deberían

limitarse al conocimiento de la teoría?

Verificar si el usuario siente la necesidad de

ampliar sus conocimientos más allá de lo impartido

en la teoría.

154

Instrucciones:

El cuestionario que se anexa consta de una serie de afirmaciones y preguntas sobre las condiciones y servicios que ofrecen los laboratorios. En cada una califique según la experiencia que tenga, respecto a lo que se afirma.

1. En el cuadro correspondiente marque con una X la respuesta que le asigna usted a su experiencia con el servicio, de tratarse de una respuesta “SI”, calificarla según esta escala:

Nombre: Apellido: Asignatura: Cargo: Estudiante

1. ¿Cuál es su opinión sobre el estado del laboratorio? 1. Contenido de las prácticas

2. Infraestructura, suministro y equipos

3. Aporte de conocimientos, habilidades y técnicas

2. ¿Considera usted apropiado la posibilidad de obtener experiencias vivenciales mediante un

laboratorio?

3. ¿Considera usted que los conocimientos impartidos en teoría se complementan con el laboratorio?

4. ¿Considera usted que las prácticas deberían limitarse al conocimiento de la teoría?

5. ¿Considera usted que el laboratorio actual aporta conocimientos en la formación del ingeniero?

6. ¿Considera usted que los laboratorios actuales aportan experiencia en la formación del ingeniero?

7. ¿Considera usted que los laboratorios podrían ser un espacio de enseñanza que aporten experiencias

técnicas?

8. ¿Considera necesario la creación de un nuevo laboratorio?

9. ¿Las personas que dictan la práctica están calificadas?


Anexo 7

155

Entrevistado: Ing. Antonio Barragán Fecha: 04/02/2014 Duración: 32 min.

Firma: Lugar: Departamento de Diseño, EIM.

Cargo que desempeña: Jefe del Departamento de Diseño, EIM.

Pregunta 1. ¿Cuál es su opinión sobre el estado actual de los laboratorios?

R: Hay una serie de laboratorios que si están funcionando como se espera, como los del departamento de Tecnología de

Producción y tenemos los laboratorios del departamento de Automática que considero que también cumplen con su función. Por otra

parte hay dos grupos de laboratorios que requieren una atención especial y necesitan ayuda urgente como lo son los del departamento de

Diseño y de Energética. Desde mi punto de vista, se han dejado de dar prácticas a medida que pasa el tiempo; con respecto al mal estado

de los laboratorios del departamento de Energética, es algo que está a la vista no es sólo mi opinión, con los años los equipos se

desgastan y no se hace el mantenimiento respectivo, entonces a medida que transcurre el tiempo el deterioro es mayor. En mi opinión se

necesita que se inicie y/o continúe un proceso de rescate y restauración para los laboratorios del departamento de Diseño y Energética,

ya que estos son los que requieren una atención especial y una ayuda inmediata.

Pregunta 2. ¿Conoce usted alguna medida o proyecto que se implemente en el futuro para la mejora de los laboratorios?

R: Si, el profesor Johanne Bracamonte está haciendo un proyecto para recaudar fondos para la actualización de los

laboratorios del departamento de Energética. La profesora Paola Pereira del departamento de Diseño elaboró una serie de propuestas en

su trabajo especial de grado con el fin de innovar los laboratorios, luego el profesor José Carlos Rojas continuó con el trabajo de la

profesora Paola Pereira con el fin de mejorar los laboratorios y crear espacios de enseñanza-aprendizaje. En mi opinión la magnitud de

los recursos que se disponen no son suficientes para lograr proyectos.

Pregunta 3. ¿Cree usted qué los conocimientos impartidos en la parte teórica se complementan con la parte práctica del laboratorio?

R: Si, se deberían complementar aunque la respuesta sería cien por ciento afirmativa si la infraestructura funcionara de

manera correcta.

Pregunta 4. ¿Existen políticas para la innovación de los laboratorios?

R: No necesariamente, por ejemplo en el trabajo de la profesora Paola Pereira no se menciona la palabra laboratorio sino algo

más grande, un espacio de enseñanza-aprendizaje el cual está compuesto por laboratorios tradicionales, un taller de construcción de

prototipos, complementos computacionales (Inventor, AutoCAD, etc.) y un espacio donde los estudiantes puedan ensuciarse las manos

(según psicólogos un taller vivencial) para darle valor al contacto físico. En mi opinión no se le ha dado la importancia que deben tener

los aspectos prácticos de la educación, por lo tanto la práctica se ha devaluado.

Pregunta 5. ¿Considera usted que las prácticas deberían limitarse al conocimiento dado en la parte teórica?

R: No, ellas deberían abarcar actividades más allá, como por ejemplo experiencias vivenciales e implementación de técnicas

computacionales.

Pregunta 6. ¿Qué está usted haciendo para mejorar el estado y las prácticas de los laboratorios?

156

R: El problema es más complejo de lo que parece, pero el proyecto del profesor Bracamonte y los trabajos de la profesora

Pereira y el profesor Rojas cuentan con mi apoyo y serían de gran ayuda para la mejora del estado y las prácticas de los laboratorios de

los distintos departamentos.

Pregunta 7. ¿Cree usted qué los laboratorios actuales aportan conocimientos y experiencias útiles en la formación de un ingeniero?

R: Si, lo que sucede es que en algunos casos no son suficientes.

Pregunta 8. ¿Cree usted qué existan factores que impidan el mejoramiento de los laboratorios y si la respuesta es afirmativa, cuáles cree

que son?

R: Factores si, políticas no creo. Los intentos para mejorar los laboratorios hasta ahora no han funcionado. Hay gente que cree

que solo con la teoría es suficiente y eso es resistencia al cambio de la institución y de los distintos gremios. El presupuesto es un

fenómeno de carácter progresivo que siempre estará presente.

Pregunta 9. ¿Qué ideas aportaría usted para la mejora de los laboratorios?

R: Las ideas planteadas en el trabajo de la profesora Paola Pereira, donde se concluye la implementación de cuatro espacios

de enseñanza-aprendizaje que se adecuan a las necesidades actuales de la formación de un ingeniero de la EIM de la UCV.

Entrevistado: Ing. Ramón Sánchez Fecha: 05/02/2014 Duración: 50 min

Firma: Lugar: Departamento de Diseño, EIM.

Cargo que desempeña: Prof. Mecánica de Sólidos II


R: Las condiciones actuales de los laboratorios son precarias; aunque se han hecho intentos para mejorarlos, pero la

universidad no dispone del prepuesto necesario para llevar a cabo dichas mejoras; hay que investigar los antecedentes para la mejora de

los laboratorios de los cuales estoy seguro que ha habido muchos.


R: Yo no realizo el ensayo de Fatiga en particular, en la materia Mecánica de Sólidos no debería realizarse el mismo ya que

en el Pensum y en el programa establecido, la parte de fatiga lo debe tomar el departamento de Materiales no de Diseño.

Proyectos como tal, se han propuesto varios Trabajos de Grado, pero se cae en el mismo círculo vicioso que gira alrededor de

la falta de presupuesto.


R: Evidentemente, Si


R: Políticas como tal no, intenciones, mucha, pero al final alguien tiene que asumir el costo, aparte muy pocos estudiantes

disponen del tiempo requerido para este tipo de trabajos.


R: No necesariamente, se pueden añadir otros conocimientos complementarios para reforzar lo dado en la teoría y en la

práctica.

157


R: En este momento no estoy haciendo nada, en algún momento a través de la tutoría de tesis lo llegué a hacer.


R: Yo creo que sí.


que son?

R: Si, el presupuesto definitivamente.


R: Se debe reestructurar los espacios donde están los equipos, a su vez la dotación de equipos bien sea por compra o diseño y

construcción; y adecuarlos a los laboratorios.

entrevistado: Ing. Rafael Guerra Fecha: 06/02/2014 Duración: 20 min

Firma: Lugar: Oficina del Prof. Rafael Guerra

Cargo que desempeña: Jefe del laboratorio de Procesos de Fabricación II


R: Hace falta invertir una buena cantidad de dinero para actualizar los laboratorios de la escuela, por ejemplo, la iluminación

de las instalaciones están en muy mal estado y no están en condiciones para realizar las prácticas de la manera más óptima. Por otra parte

los equipos no tienen las normativas de seguridad que les corresponden y a la hora de trabajar no se facilita el equipo de protección algo

que es básico para la seguridad de la persona, en conclusión tanto el taller mecánico como los laboratorios están en muy mal estado.


R: Se presentó una propuesta al Ministerio de Ciencias y Tecnología pero los recursos no fueron suficientes. El proyecto o

medida implementada debería ser responsabilidad de la institución y los insumos que suministran como de costumbre no son suficientes

para llevar a cabo una actualización o mejoramiento de los laboratorios. En otra ocasión también se presentó una propuesta al Ministerio

de Educación Superior donde se solicitaron fondos para la innovación de los laboratorios y talleres mecánicos y a la final no se sabe que

pasó, dicen que la propuesta sigue siendo evaluada. En mi opinión considero que no se le da prioridad al área de los laboratorios y por

consecuencia la renovación de los laboratorios no está contemplada en la convocatoria de las diferentes propuestas establecidas.


R: En teoría si, en la teoría se imparten los conocimientos y la práctica sirve sin duda alguna como complemento, en mi

opinión la parte práctica pudiera mejorar mucho, considero que hay un gran espacio para mejorar.


R: No, pero como institución lo más cercano son las propuestas antes mencionadas.


158

R: No, definitivamente no, en el caso de Procesos de Fabricación II la teoría está orientada para formar el ingeniero pero la

parte práctica es para saber cómo manejar las herramientas, máquinas, etc. en la realidad, la idea es tener roce con la realidad.


R: En un principio apoyar las propuestas de los Ministerios y buscar las herramientas necesarias, actualmente estamos

haciendo una revisión de cómo se llevan a cabo las prácticas en el laboratorio y diagnosticando los problemas para mejorar, para que

definitivamente la práctica sea un complemento real en la formación.


R: Si no tienes la forma de comprobar lo que se aprende en la parte teórica entonces no está bien, ya que en el papel (teoría)

no siempre es válida hace falta la parte práctica para completar esta validación y de esto se encargan los laboratorios.


que son?

R: El factor fundamental externo es la restricción presupuestaria, los recursos que aportó el Ministerio de Ciencias y

Tecnología fueron alrededor de 1200 Bs F, para la visión moderna de la ingeniería no es suficiente, ya que con esos recursos alcanza

para un equipo y accesorios o 4 computadoras y no da para más ni siquiera hay recursos para la iluminación. En mi opinión todas las

propuestas y proyectos quedan en un papel porque nadie está dispuesto a financiar, otros factores que veo a la vista son la

desmotivación, desmoralización y como ya mencioné la falta de recursos.


R: Parte de lo que me interesa tiene que ver con lo que en realidad hace falta, la estructuración de la parte práctica para las

necesidades laborales y saber lo que necesita el ingeniero para triunfar. Hace falta gente preparada e ingenieros que hagan el trabajo bien

y como se debería, todo esto dominando los siguientes términos: Concebir, Implementar, Diseñar y Operar. El enfoque de los programas

debe centrarse y enfocarse en estos 4 términos en general no solo en los laboratorios. También considero que está fallando la

retroalimentación (feedback) de las empresas a los ingenieros graduados de la UCV, no se está invirtiendo en ese departamento.

Entrevistado: Ing. Pedro Lecue Fecha: 11/02/2014 Duración: 15 min

Firma: Lugar:

Cargo que desempeña: Jefe de Departamento de Automática


R: Hay unos laboratorios que están muy bien y otros muy mal, los laboratorios de Instrumentación están en una situación

precaria.


R: Risas (JaJaJa).


R: Si, por lo menos en el caso nuestro sí. (Departamento de Automática)


R: La política si existe, claro que sí.

159


R: Bueno esa es la intención, en la teoría es necesaria pero con la práctica se afianzan los conocimientos adquiridos en la

parte teórica.


R: Bueno contratar personal, entrar en la política de donaciones para que las empresas financien los proyectos de innovación

de los laboratorios e instalaciones.


R: En el caso de los laboratorios que funcionan en el Departamento de Automática sí.


que son?

R: es una pregunta con muchas esquinas, pero considero que dos factores importantes son las limitaciones y el presupuesto.


R: En mi opinión todo el problema está centrado en la parte del presupuesto, la idea es conseguir recursos para la innovación

de los laboratorios, adquisición de equipos, mejora de la práctica. Por otra parte uno de los laboratorios que presenta problemas y está

funcionando mal es el de Instrumentación, en el cual se está trabajando para conseguir personal, levantando información y como

conseguir los recursos. De lo que hay trataremos de poner en funcionamiento los laboratorios en un elevado porcentaje para la mejoría

de las prácticas.

160

Anexo 8

180

Anexo 9

181

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE MECÁNICA

DEPARTAMENTO DE DISEÑO

Laboratorio de Mecánica de sólidos II

Práctica N 5: Ensayo de Fatiga de Flexión rotativa

1. Requisitos previos

1.1 Investigar la norma que indica el procedimiento para realizar el ensayo de

fatiga.

ASTM E466-96: Práctica estándar para realizar ensayos de fatiga con una

amplitud controlada de fuerza axial constante en materiales metálicos

ASTM E739-91: Práctica estándar para el análisis estadístico lineal del

esfuerzo-vida (S-N) y deformación-vida (e-N) datos de la fatiga

1.2 Entrega del informe teórico.

Marco teórico:

- Generalidades de fatiga

- Etapas de las fallas por fatiga

- Métodos para medir la resistencia la fatiga

- Esfuerzo límite

- Resistencia a la fatiga

- Relación de fatiga

- Partes de la máquina

- Parámetros de carga para la máquina de fatiga

182

De las normas ASTM- E466-96 y ASTM E739-91:

- Tipo de probeta a ensayar según orientación del espécimen (E466-96).

- Características generales de las probetas a ensayar (E739-91).

2. Objetivos

2.1 Conocer y entender la importancia de la realización de los ensayos de

fatiga para prevenir fallas en componentes industriales expuestos a cargas

repetitivas.

2.2 Identificar las causas de las fallas por fatiga y conocer la forma de

minimizarlas.

2.3 Conocer los tipos de ensayos que se realizan para determinar el esfuerzo

inducido por una carga repetitiva en una pieza y poder determinar el número

de ciclos con el cual se presenta la falla por fatiga.

2.4 Entender los conceptos de esfuerzo limite, resistencia a la fatiga, y la curva

esfuerzo-número de ciclos (S-N) de modo experimental para aceros y metales

no ferrosos.

3. Procedimiento Experimental

Ensayo de Fatiga:

1. Antes de iniciar la práctica el preparador procederá a reproducir un material

complementario que ayudara al estudiante a tener una mejor compresión del

ensayo que se llevara a cabo posteriormente.

2. Probeta de un acero para ensayo de fatiga, fabricada de acuerdo a la norma

ASTM E466-96. Ver figura 1.

183

Figura 1.

3. Máquina de flexión rotativa en voladizo. Ver figura 2

Figura 2.

4. Curva general de aceros. Ver figura 3

184

Figura 3.

Ejercicio

Diseñar un eje a fatiga.

Dibujo del eje:

185

En amarillo los cojinetes.

El torque aplicado es: 75 Nm.

El radio del engrane (disco grande) 10 cm.

Al extremo del eje existe un rotor de un ventilador.

Consideraciones de diseño:

Son libres de seleccionar el material de diseño.

No existen consideraciones especiales de recubrimiento o variación de temperatura.

Factor de seguridad: 4.

Cualquier característica que falta pueden suponerla.

El trabajo debe contener:

Diagrama de Momento Torsor.

Diagrama de Fuerza Cortante.

Diagrama de Momento Flector.

Especificar los criterios de diseño utilizados.

Croquis final del eje.

Anexo 10

186

Estimado Encuestado:

En nuestro Trabajo Especial de Grado requerimos implementar una recolección de información que nos arroje un sondeo en cuanto a la valoración del programa de simulación computacional ANSYS para el Ensayo Dinámico para el uso docente en los Laboratorios de la EIM-UCV. Para lograr esto, lo más valioso es su opinión, por lo que se solicita responder con sinceridad un breve cuestionario anexo, cuya respuesta será la mejor ayuda para el desarrollo óptimo de nuestro programa.

Instrucciones:

El cuestionario que se anexa consta de una serie de preguntas acerca del contenido y forma de la presentación y del programa de simulación computacional ANSYS usado para simular un ensayo dinámico. En cada una califique según la experiencia que obtenga, respecto a lo que se afirma.

Marque con una X si su respuesta es afirmativa o negativa según sea el caso.

En el cuadro correspondiente marque con una X la respuesta que le asigna usted a su experiencia con programa, de tratarse de una respuesta “SI”, calificarla según esta escala:

A continuación las siguientes preguntas se basaran sobre el producto final y de los diferentes elementos asociados al Tema en estudio (Fatiga).

1. ¿Considera que la presentación aporta conocimientos a los estudiantes?

2. ¿Considera usted que esta herramienta complementa la formación integral del estudiante?

3. ¿Considera factible la posibilidad de que esta herramienta sea implementada como complemento del laboratorio?

187

4. ¿Considera que el contenido de la práctica está cubierto?

5. ¿Considera adecuada la selección de los contenidos?

6. ¿Le facilita la comprensión acerca del tema?

7. ¿Es adecuado para la comprensión del tema?

8. ¿Es adecuado para el aprendizaje del tema?

9. ¿Considera que el estudiante asimilará mejor la práctica con esta herramienta?

10. ¿Considera que las otras prácticas del laboratorio de Mecánica de Sólidos II deberían

implementar esta herramienta complementaria?

11. ¿Es de fácil manejo?

Las siguientes preguntas están dirigidas a la forma adecuada de la presentación.

12. ¿Ha despertado interés en usted?

13. ¿Considera agradable el diseño de la pantalla?

14. ¿Considera adecuado el uso de las...?

Ventanas

Colores

15. ¿Considera correcta la secuenciación de las pantallas?

A continuación las siguientes preguntas estarán dirigidas al breve tutorial de ANSYS. 16. ¿Considera que el tutorial es interactivo?

17. ¿Considera que la interface es amigable?

18. ¿Tiene buena información acerca del recorrido?

19. ¿Considera correcta la secuenciación de las pantallas?

20. ¿Es de fácil manejo?

21. ¿Considera que con el tutorial usted pueda iniciar el manejo del software ANSYS?

Anexo 11

188

SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DE UN ENSAYO

DINAMICO PARA EL USO DOCENTE EN LOS

LABORATORIOS DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA

MECÁNICA DE LA UNIVERSIDAD CENTRAL DE

VENEZUELA

Manual de usuario

Elaborado por los tesistas:

Diana M. Pimentel R.

Carlos E. Romero C.

Junio, 2014.

Contenido

189

1.REQUERIMIENTOS DE

EQUIPO………………………………………………………………………………………………..189

2.GENERALIDADES……………………………………………………………………………….……………………………………¡E

RROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

3.CONTENIDO……………………………………………………………………………………………………………………………19

0

3.1 SIMULACIÓN ANSYS ............................................................................................................... 190

3.2 TUTORIAL ANSYS ................................................................................................................... 191

3.3 PREZI ................................................................................................................................... 192

3.4 FORMATO DE LA NUEVA PRACTICA .............................................................................................. 194

190

1. Requerimientos de equipo

• Contar con una microcomputadora PC o compatible.

• Procesador Pentium IV o superior.

• Sistema Operativo Windows 2000 / XP / Windows Vista / Windows 7

• Disco fijo con capacidad disponible para almacenamiento de datos de 1 GB.

• Lector de CD y DVD.

• Poseer instalado WinZip o WinRar

2. Generalidades

Al abrir el CD, este estará compuesto por 4 archivos, los cuales son los siguientes:

Simulación ANSYS, tutorial ANSYS, Prezi y Formato de la nueva práctica.

Figura 1

191

3. Contenido

3.1 Simulación ANSYS

Dentro de los archivos del CD, se encontrará una carpeta que dice Simulación

ANSYS, en la cual se encontrará el archivo de la simulación el cual lleva por nombre

FatigaAISI1020.wbpj.

Figura 2

Este archivo es con el cual el preparador trabajará, los demás archivos dentro de

esta carpeta NO deben ser modificados ni movidos.

3.2 Tutorial ANSYS

192

Dentro de esta carpeta se encontrará un video en formato .wmv (Windows Media

Video), el cual conlleva como su nombre mismo lo designa el tutorial para el uso de

ANSYS.

Figura 3

3.3 Prezi

Dentro de esta carpeta se encontrará un archivo comprimido (Figura 4), el cual se

debe abrir, una vez abierto se mostrará la siguiente pantalla.

193

Figura 4

Se le debe hacer doble click al icono Prezi.exe (Figura 5) y este abrirá la

presentación preparada para que el preparador de una breve clase.

Nota: NO se necesita conexión internet o tener instalado el Prezi desktop.

194

Figura 5

3.4 Formato de la nueva practica

Esta carpeta incluirá el formato en digital de la nueva práctica para fatiga en flexión

rotativa.

simulaciÓn computacional de un ensayo dinÁmico …

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