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CAPITULO 1CAPITULO 1

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División 2

El diseño en Ingeniería

Departamento de Ingeniería Mecánica. Facultad Regional Bahía Blanca. Universidad Tecnológica Nacional

Cátedra: Elementos de Máquina. Profesor: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan

EL DISEÑO EN INGENIERIA

El diseño en ingeniería es el proceso de crear o idear un sistema, componente o proceso para satisfacer determinadas necesidades.

Procedimiento donde existe: toma de decisiones, donde las ciencias básicas e ingenieriles se aplican para convertir recursos en forma óptima a fin de cumplimentar los objetivos estipulados

Según la ABET(American Board for

Engineering and Technology)

•Que Fijar: OBJETIVOS y CRITERIOS

•Que Pensar: ANALISIS y SINTESIS

•Que Hacer: CONSTRUIR, ENSAYAR y EVALUAR




Orden jerárquico en la resolución de Problemas

DISEÑO

Diseño en Ingeniería

Diseño Mecánico

•Área Energética

•Área Estructural y del movimiento

Diseño de Máquinas

Diseño de elementos de máquina



EL DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINA

•QUE ?

•PORQUE ?

•COMO ?

El concepto de diseño

en la asignatura

Elementos de Máquina




•Definición del ABET•Idea en mente•Medio de obtención de algo•Plan o esquema de trabajo•Invención creativa

QUE ?

Aplicación de la creatividad en el planeamiento de una solución óptima a un problema determinado

NO EXISTE SOLUCION ESTABLECIDA O ANTIGUA QUE SEA LA SOLUCION OPTIMA, EN LA OBTENCION

DE ESTA ULTIMA HAY ESFORZARSE MUCHO MAS




POR QUE ?•SUPERVIVENCIA PERSONAL

•SUPERVIVENCIA PROFESIONAL

•SUPERVIVENCIA DE LA SOCIEDAD

Caso Proyecto no competitivo. Ejemplo consultora “Alberto”

Caso Falla del Proyecto. Ejemplo consultora “Ignacio”

Caso: Improvisar el Proyecto. Ejemplo Proyecto “Arturo”




Ejemplo: consultora de ALBERTO

Alberto trabajó como ingeniero en un estudio de ingeniería especializado en el proceso de minerales de hierro para siderurgias. Cierta compañía minera quiso explotar un reservorio para lo cual llamó a licitación con miras a construir una nueva planta.

Varios estudios de ingeniería se presentaron con este fin. Es esta etapa todos los estudios de ingeniería deben efectuar estimaciones de costos y competencias para realizar el proyecto y/o diseño. “Por este servicio los estudios de ingeniería no perciben pago alguno”.

La compañía minera evaluó los proyectos y seleccionó el que mejor satisfizo sus necesidades. El estudio de Alberto no ganó en esta instancia, lo cual no es dramático pues todos los estudios estiman esta circunstancia. Sin embargo, tampoco ganó ni en la siguiente, ni en las otras compulsas donde se presentaron hasta que el estudio quebró.

La razón: sin diseños satisfactorios y sin ingresos de dinero, el estudio se fue a pique. Esto significa que el estudio no fue competitivo o bien en diseños o bien en precios. Así pues Alberto tuvo que conseguir nuevo empleo.

Conclusión de Alberto: Su promedio de 8.5, muy bueno para la visión académica, en la vida real no da garantías de nada.




Ejemplo: consultora de Ignacio

La Firma donde trabaja Ignacio, que construye e instala grandes hornos industriales, fue contratada para instalar un horno en la planta fabril de una empresa. Ignacio tuvo la responsabilidad de velar por la correcta confección del contrato. Razón por la cual analizó cuidadosamente todos los requisitos de control de los mecanismos, las fuentes de energía, la aislación del ruido, las dimensiones de la chimenea, etc.

Ignacio era técnicamente muy buen y competente ingeniero, además de poseer aceptable experiencia, preciso y meticuloso en los cálculos. Su recomendación, a semejanza de otros casos estándar, fue la instalación de un horno a gas como la solución óptima al problema. Así el horno fue aceptado por el cliente y fue diseñado en todos los detalles, construido, instalado y puesto en servicio.

Todo iba bien hasta reportarse continuos dolores de cabeza en el personal de una oficina técnica de la empresa. Se efectuaron investigaciones que demostraron que el causante era las vibraciones que producía el ventilador del horno, que recibía aire por un ducto que pasaba por la oficina. Ignacio logró reconfigurar el ducto y satisfacer al cliente. Sin embargo, la consultora de Ignacio tuvo que costear la investigación y gastos extras, lo cual provocó que Ignacio no fuera considerado para evaluar otros contratos.

Conclusión de Ignacio: en el diseño hay más cosas envueltas que un simple cálculo. Un diseño estándar incompleto que no capte el punto de vista de todos los involucrados, es la mejor receta para tener problemas.




Ejemplo: proyecto de ARTURO

Arturo era un ingeniero, dueño de un taller de mecanizado que poseía varios y muy importantes contratos de mantenimiento y reparación con industrias del ramo alimenticio. El taller estaba dotado de capacidad en máquinas herramientas convencionales y modernas como para llevar a cabo cualquier tipo de construcción mecánica a pequeña y mediana escala.

Cierta empresa de producción de gaseosas, que contrataba a Arturo para el mantenimiento, decidió mejorar y repotenciar las líneas de producción por un contrato total de 300.000 dólares. Arturo, con muchos años de experiencia y conocimiento cabal de las instalaciones de la empresa, decidió ofrecer la solución con su equipo técnico.

Como hombre experto creyó dar en la tecla sólo con reformar pocas partes y reemplazar carros con tracción a fricción por tracción a cremallera. Esto lo hizo sin diseñar estrategia alguna y sólo bajo su propia experiencia, desestimando otras opiniones. Así, no sopesó “detalles” que resultaron importantes por acumulación. Esto condujo a que la ganancia prevista en 50.000 mil dólares, quedará reducida a solo 9.000 dólares.

Conclusión: antes de tomar decisiones rápidas hay que meditar más respecto de los detalles. Además, la experiencia puede no servir con problemas no convencionales




CONCLUSIONES: •No copiar compulsivamente

•No Estancarse

•Innovar continuamente

No hace falta reinventar la pólvora para poder innovar



Etapas en la vida de Producto del Elemento de Máquina



Concepción

Diseño

Manufactura

Venta

Operación

CreatividadEconomía

•Estudio de Factibilidad

•Investigación Operativa

•Ingeniería de Detalles

•Investigación y desarrollo

•Ergonomía

•Relaciones industriales

•Ley Incertidumbre (Murphy)

SeguridadAspecto Técnico

Mantenimiento

Retiro


COMO ?•Estrategias Pahl y Beitz•Estrategia SEED•Estrategia Simplificada (Modelo)•Estrategia Sistemática

Para profundizar ver Páginas web indicadas en texto deCapítulo 1 División 2

Próxima lámina

Reconocer Necesidad

Inteligencia Artificial: Soft EspecializadoDefinir el Problema

Fases de una

Estrategia

Sistemática

Diseño geométrico: CADSíntesis del Problema

Análisis: CAD-CAE-CAMAnálisis y Optimización

Revisión: CAE-CAMEvaluación

Drafting: CADPresentación




Fases de una Estrategia

Simplificada (Análisis de Modelo)

NECESIDADCREAR

DISEÑO

HACER

MODELO

PROBAR

MODELO

GENERAR

INFORME

MEJORAR

DISEÑO




•Enunciar la Necesidad

•Reconocer las restricciones

•Revisión periódica y correcciones

•Extensivas: Sin condiciones innecesarias

•CompletasNecesidades de todos

NECESIDAD



CREAR

DISEÑO

•Generación de Ideas

•Evitar Críticas innecesarias

•Puntualizar las Restricciones

•Estipular criterios de análisis

•Mejor que !!

•Más Rápido que !!

•Más resistente que

ATENCION

•Bajo Costo

•Alto rendimiento

•Mayor seguridad


•Modelo físico a escala

•Modelo matemático

•Modelo Computacional

•Costoso

•Poco versátil

•Gasto de Tiempo

•Simplificados o complejos

•Viables

•Aproximados

HACER

MODELO

PROBAR

MODELO

•Juicios valorativos

•Comparación con otros modelos

•Resiste ?

•Alcanza potencia exigida ?

•Es maniobrable ?

•Modelos matemáticos

•Modelos Computacionales




Ejemplos elementales de modelos físicos con dos planteos diferentes

Maquinado Manual Modelo de prototipo rápido(Rapid Prototype) CAD-CAM

Para otros ejemplos ver:http://www.archimuse.com/mw2001/papers/shiroshita/shiroshita.html




Comparación entre modelos Computacionales y Modelos Analíticos simples para el caso de un

amortiguador

Modelo Computacional desarrollado con la técnica de elementos finitos.Fuente: ALGOR NEWS

Modelo analítico convencional para la obtención de la fuerza




REPLANTEAR MODELOS

SATISFACER LOS CRITERIOS

ANALISIS EXHAUSTIVO DE LA RESPUESTA

Abandonar o esperar

Modificar parte o todo

Todos => Optimo

Varios => Bueno

Algunos => Regular

Pocos => Descartable

MEJORAR

DISEÑO

GENERAR

INFORME

•DETALLADO

•COMPLETO



EL DISEÑO EN INGENIERIA: Esquema operativo



(1) FACTIBILIDAD

(2) PRELIMINARES

(3) DETALLES

(4) REVISION

Aspectos Económicos

Opinión del Mercado

DISEÑO

MECANICO

Selección de juicios cualitativos en (1)

Selección de Ideas más prometedoras

Selección de juicios cuantitativo en (2)

Discriminación de tareas

Pruebas y experimentos

Producto en el mercado

Mejoras al Producto

NOTA: esta etapa NO siempre se usa

EL DISEÑO MECANICO



EL DISEÑO MECANICO (visión para la asignatura)

1. Componentes para líneas de transmisión



FUNDAMENTOS DEL DISEÑO MECANICO

7. Mecanismos. Análisis y síntesis cinemática2. Transmisiones

mecánicas de velocidad fija

6. Noción de lubricación y cojinetes de todo tipo

3. Transmisiones mecánicas ajustables

5. Motores de combustión interna o eléctricos, etc.

4. Componentes de seguridad para máquinas


•Piezas generales

•Ejes y accesorios asociados

•Embragues y frenos

•Acoplamientos

•Engranajes

•Cadenas: metálicas y plásticas

•Correas: planas, trapezoidales, sincrónicas.

•Volantes y levas

•Resortes y muelles

•Tornillos de apriete y tornillos de movimiento

•Uniones por soldadura y pegamento

1. Componentes para líneas de transmisión




•Cajas de engranajes. Relaciones Fijas

•Transmisiones de cadenas metálicas2. Transmisiones

mecánicas de velocidad fija

•Trenes de engranajes

•Transmisiones de tracción y/o arrastre

•Transmisiones de pasos variables: correas

•Transmisiones por ejes flexibles

3. Transmisiones mecánicas ajustables

•Sellos: de compresión, frontales, axiales, inflables, radiales, etc..

•Empaques: de compresión

•Juntas: metálicas y no metálicas

•Diafragmas

4. Componentes de seguridad para máquinas




•Motores de combustión interna: 2T o 4T

•Motores eléctricos

•Motores Hidráulicos

5. Motores de combustión interna o eléctricos, etc.

Descripción de aplicaciones y elementos y componentes más relevantes

•Fundamentos de Lubricación y Tribología

•Cojinetes de fricción: radiales y axiales

•Cojinetes de rodadura: Rodamientos

6. Noción de lubricación y cojinetes de todo tipo

•Mecanismos de 4, 5 y 6 barras

•Mecanismos especiales: levas

•Síntesis cinemática

•Introducción de aspectos dinámicos

7. Mecanismos. Análisis y síntesis cinemática



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