Post on 10-Feb-2018
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
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
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
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EL DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINA
•QUE ?
•PORQUE ?
•COMO ?
El concepto de diseño
en la asignatura
Elementos de Máquina
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
•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
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
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”
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
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.
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
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.
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
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
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
CONCLUSIONES: •No copiar compulsivamente
•No Estancarse
•Innovar continuamente
No hace falta reinventar la pólvora para poder innovar
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Etapas en la vida de Producto del Elemento de Máquina
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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
EL DISEÑO EN INGENIERIA
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
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
Fases de una Estrategia
Simplificada (Análisis de Modelo)
NECESIDADCREAR
DISEÑO
HACER
MODELO
PROBAR
MODELO
GENERAR
INFORME
MEJORAR
DISEÑO
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
•Enunciar la Necesidad
•Reconocer las restricciones
•Revisión periódica y correcciones
•Extensivas: Sin condiciones innecesarias
•CompletasNecesidades de todos
NECESIDAD
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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
EL DISEÑO EN INGENIERIA
•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
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
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
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
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
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EL DISEÑO EN INGENIERIA
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
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EL DISEÑO EN INGENIERIA: Esquema operativo
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(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
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EL DISEÑO MECANICO (visión para la asignatura)
1. Componentes para líneas de transmisión
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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
EL DISEÑO MECANICO (visión para la asignatura)
•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
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EL DISEÑO MECANICO (visión para la asignatura)
•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
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EL DISEÑO MECANICO (visión para la asignatura)
•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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