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Versión 2014

UTN-FRBB Cátedra: Elementos de Máquinas. Profesor: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan

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División 2

El diseño en Ingeniería

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1. Diseño en Ingeniería: Introducción

La palabra diseño puede significar diferentes cosas para diferentes personas, lo cual va desde

un vestido de gala extravagante de las pasarelas hasta el aspecto de un automóvil o bien un

vehículo espacial. En esta amplia variedad de aplicaciones, se entenderá que para los

ingenieros, el diseño significa algo de importancia superlativa para el bienestar de la sociedad.

Así pues, existen dos términos a interpretar en su extensión y concepto: diseño e ingeniería.

La ingeniería es definida por la ABET (Accreditation Board for Engineering and Technology)

como:

... aquella profesión en la que el conocimiento de las ciencias matemáticas y

naturales adquirido por estudio, experiencia y práctica se utiliza con buen

juicio para desarrollar diversas formas de utilizar económicamente los

materiales y fuerzas de la naturaleza para el beneficio de la humanidad.

Lo que distingue a la ingeniería de muchos otros campos es que intenta conducir lo teórico a

lo práctico con el fin de desarrollar productos, procesos y métodos en vez de meramente

observar y registrar los fenómenos involucrados al modo de la ciencia. En esto hay que

comprender que la ciencia explica lo que “es” en tanto que la ingeniería crea lo que “no

existía” previamente. Por ejemplo, un físico estudia y registra sus observaciones para mejor

entender algún fenómeno o proceso físico. Por otra parte, un ingeniero utiliza la información

científica disponible (que también puede ser desarrollada por otros ingenieros) para hacer un

proceso o un producto particular accesible a la sociedad. Sin embargo físicos (u otros

profesionales) e ingenieros conocen algo del trabajo y actividad del otro, aún así en algunos

casos son los ingenieros quienes investigan determinados fenómenos no estándar para darles

respuesta en términos convencionales, lo cual conduce a las ciencias de la ingeniería.

Figura 1.3. Distinción de actividades de las ciencias de la ingeniería ante en un problema.

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En la Figura 1.3 se puede apreciar una distinción de actividades de ciencias de ingeniería que

conduce al enfoque de varios problemas asociados al diseño con distintos procedimientos.

El ABET define la parte de diseño de la ingeniería como sigue:

El diseño en ingeniería es el proceso de idear un sistema, componente o

proceso para satisfacer ciertas necesidades. Es un proceso de toma de

decisiones (a menudo iterativo) en el que las ciencias básicas y las ciencias de

la ingeniería se aplican para convertir recursos en forma óptima a fin de

cumplir un objetivo estipulado. Entre los elementos fundamentales del proceso

de diseño se encuentran el establecimiento de objetivos y criterios, síntesis,

análisis construcción ensayos y evaluación.

Si se entiende con propiedad, tal actividad no es otra cosa que la solución de un problema. La

organización de la resolución de los problemas de la ingeniería es un dominio jerárquico y

una forma de ver esto es analizando la Figura 1.4. Resulta obvio de este diagrama, que

muchos subcampos son parte del dominio más general de resolución de problemas. Es fácil

pensar que dicha resolución no es en sí un diseño, ya que no está orientada hacia el desarrollo

de un producto o proceso. Por ejemplo, cuando se resuelve un problema legal o contable es

probable que no se trate de un diseño. Así mismo se puede seguir la estructura jerárquica y

ver que hay tipos de diseño que no implican el uso de fundamentos de ingeniería. Un buen

ejemplo de esto se trata del diseño de interiores de casas, el cual depende en mayor medida

del buen gusto o arte antes que de un conocimiento acendrado de ingeniería. Dentro del

dominio del diseño ingenieril hay muchos subdominios que se refieren a las diferentes

disciplinas de la profesión del ingeniero. En el contexto del curso se pretende que la disciplina

preponderante sea la de ingeniería mecánica, no obstante se debe reconocer que hay otras

actividades de diseño asociadas a otros campos de la ingeniería tales como la eléctrica,

electrónica, civil, naval, aeronáutica, etc.

Figura 1.4. Subdominios de jerarquía en la resolución de problemas.

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Figura 1.5. Subdominios de jerarquía en la resolución de problemas de ingeniería.

En la Figura 1.4 los tres subdominios más internos son los del “diseño mecánico”, “diseño de

máquinas” y “Elementos de máquinas”. La distinción más clara entre los primeros dos estriba

en que el primero puede ser dividido en dos ramas:

- rama de la energía y su transformación

- rama de las estructuras y su movimiento

El orden de secuencia jerarquizado se puede ver más claramente en el Figura 1.5. La acepción

“Diseño mecánico” se aplica al diseño de sistemas de la ingeniería mecánica donde ambas

ramas están involucradas en diferentes ordenes de importancia. Sin embargo el diseño de

máquina es un subdominio del diseño mecánico general, donde lo fundamental se desarrolla

sólo en la parte estructural y cinemática. Por ejemplo, el diseño de los intercambiadores de

calor, los motores de combustión interna, bombas de calor, autoclaves, hornos de secado, etc.

implica un diseño mecánico, pero no estrictamente un diseño de maquinas en el sentido

clásico, dado que tal sentido involucraba sólo aspectos estructurales y cinéticos, mientras que

los anteriores ejemplos exigen la concurrencia de termodinámica, transferencia de calor y

combustión, temas relativos a la rama energética. Por otra parte, el diseño de una caja de

engranajes, la transmisión de movimiento impulsado por cadenas, o la estructura de un motor,

son claros ejemplos de diseños mecánicos clásicos, pues dependen de material técnico

relacionado con la resistencia de materiales, la cinemática y la dinámica, lo cual está más

relacionado con la rama estructural de la ingeniería mecánica.

El “diseño de elementos de máquina” presenta de suyo varios de los conceptos ilustrativos de

los párrafos anteriores. En este particular subdominio de la secuencia jerárquica de la

resolución de problemas se entretendrá con mayor detalle la actividad del curso. En virtud de

lo descrito en el párrafo anterior, los tópicos que se traten en el diseño de elementos de

máquinas estarán fuertemente relacionados con la rama estructural-cinemática y

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consecuentemente con sus metodologías de análisis, lo que impone un proceso de abstracción

y reducción del fenómeno físico. En este proceso de abstracción y de reducción del fenómeno

físico intervienen distintas hipótesis y criterios, cuyo detalle y precisión hará mejor un modelo

de análisis frente a otro.

2. El Proceso del Diseño y sus razones

Ahora bien, establecidos los primeros conceptos relacionados con el diseño en ingeniería, se

clarificará cuanto se pretende entender por “Diseño” desde la óptica del curso de elementos de

máquina, respondiendo las siguientes preguntas:

a) QUE implica la palabra diseño y QUE alcance tiene.

b) PORQUE se necesita diseñar, específicamente en el marco y ambiente de ingeniería

c) COMO se diseña y con cuales herramientas se puede hacer en forma óptima.

Sobre el significado de la palabra “Diseño” (el QUE), se puede buscar en un diccionario, y

figurarán acepciones como “idea en mente”, “medio de obtención”, “esquema preliminar de

una pintura”, “adaptación de algo”, “plan o esquema”, “invención” y otras tantas que

alternativas y explicaciones que en algunos casos nada tienen que ver con la ingeniería. Aún

así se pueden extractar una serie de ideas para aclarar el concepto:

- Idea en mente: supone la idea de un proceso de razonamiento o de pensamiento, donde

el diseño tiene que ver principalmente con ideas y formas y no directamente con

números o computadoras, las cuales obviamente tienen una importante utilidad para

visualizar en forma realista las características de un dispositivo, mecanismo, etc.

- Medio de obtención: supone que lo que se está diseñando no es un ejercicio mental

abstracto, sino que tiene un objetivo preciso, o sea, obtener un artefacto determinado.

- Plan o Esquema: esto infiere que el proceso de diseño debe ser comunicado a los

demás para que pueda ser llevado a cabo, lo que no implica directamente algún énfasis

numérico.

- Invención: esto significa claramente obtener algo nuevo e innovador, es decir crear

algo.

En resumidas cuentas como definición del diseño en ingeniería se puede decir que:

“El diseño en ingeniería es la aplicación de la creatividad en el planteamiento

de una solución óptima de un problema determinado y la comunicación de

tales ideas a otros“.

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Además del aspecto comunicativo, se entiende que existe un aspecto de cálculo, que es

esencial al diseño. Sin embargo esta última faceta no significa lo mismo que en la matemática

convencional, donde puede garantizarse una solución única siguiendo determinados

algoritmos. Los problemas de diseño que surgen de la vida real, normalmente pueden tener

varias soluciones y ser de diferente índole. Algunas de las posibles soluciones serán mejores

que otras y se adaptan mejor a ciertos requisitos: OBJETIVOS y CRITERIOS establecidos a

priori. Debe quedar claro que si bien en el diseño existe una secuencia ordenada, esta no debe

ser entendida en el sentido de un algoritmo matemático.

Algunos problemas parecerían no necesitar de un diseño adecuadamente pensado. Esto es

particularmente cierto cuando la solución se puede basar en la experiencia en virtud de una

gran acumulación histórica de evidencias a favor de solución propuesta. Sin embargo sin tal

evidencia ni tal influencia de la experiencia directa, una poco sopesada solución, pronto se

convertirá en algo incómodo o molesto, ya que en la medida que tal diseño involucre a

muchas personas pasará a formar parte del voluminoso tacho de basura de diseños fracasados.

Con esto se llega a otro de los lemas del curso:

LEMA 2: No existe solución establecida o antigua que sea la

solución óptima. En la obtención de ésta última es donde se debe

poner el mayor de los esfuerzos.

Ahora bien, desde un punto de vista algo dramático, PORQUE se debe diseñar, reside en la

necesidad de SUBSISTENCIA.

En la actualidad, muchas personas pueden vivir suministrando “productos o servicios” a otras

personas. En el caso de los ingenieros, tales “productos o servicios” son máquinas, artefactos,

dispositivos o conocimiento que dan solución a ciertos problemas de los compradores. Pero

como en todo proceso de compra y venta, oferta y demanda, se produce una opinión o una

valoración de los “productos o servicios”, si un cliente no está satisfecho con su proveedor,

obviamente lo cambiará por otro más competente o que puede suministrar un mejor “producto

o servicio”. Luego el proveedor anterior, dejará de existir en el mercado porque nadie querrá

contar con sus servicios o su producto.

En resumidas cuentas, SI LOS PRODUCTOS Y SERVICIOS (MÁQUINAS, KNOW HOW,

ETC.) NO SON COMPETITIVOS O SON DEFICIENTES LOS POTENCIALES CLIENTES

NO LOS APRECIARAN NI LOS QUERRAN. Para fijar estas ideas, a continuación se

analizarán tres casos de la vida real, aunque omitiendo los nombres verdaderos.

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Caso primero: El asunto de la Consultora de Alberto. Proyecto no competitivo.

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.

Caso segundo: El asunto de la Consultora de Ignacio. Proyecto con fallas no pensadas.

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.

Caso tercero: El asunto del proyecto de Arturo. Proyecto improvisado.

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

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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 potenciar 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

sólo 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.

Con estos tres ejemplos se pueden establecer una serie de conclusiones. Nadie puede darse el

lujo de quedarse parado ni tampoco mantenerse en la vida copiando o repitiendo casos. La

innovación es una necesidad de máxima para sobrevivir especialmente caoticidad que genera

el cambio. Esto no significa que todos los aspectos del diseño exitoso sean novedosos o

innovadores. En buen romance, no hay que reinventar la pólvora, ni la rueda para desarrollar

algo sustancialmente efectivo.

Figura 1.6. Etapas en la vida de un artefacto determinado

Una manera oportuna para entender la importancia del diseño a modo de introducir él COMO,

es viendo el diseño en el contexto de un artefacto típico que evoluciona desde su concepción

inicial, a través de las fases que se observan en la Figura 1.6 hasta su eventual obsolescencia y

retiro. Así pues en la Figura 1.6 se pueden distinguir los siguientes fases:

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- Existe el reconocimiento de una necesidad y con esto la CONCEPCION del problema.

- Se efectúa el DISEÑO de cierto artefacto para cumplir con los requisitos del problema.

- El artefacto es enviado a fábrica para su MANUFACTURA.

- Se procede a la VENTA del artefacto.

- La OPERACION del artefacto causa en sus componentes un desgaste.

- El desgaste mencionado exige un plan de MANTENIMIENTO.

- Eventualmente se produce el RETIRO del artefacto cuando llega el fin de su vida útil.

El DISEÑO es el trampolín para todas las fases subsecuentes de un producto, y es en la fase

del DISEÑO donde se cimienta la satisfacción posterior de las personas que utilizarán el

producto o artefacto. Esta es la razón por la que la realimentación de las ideas anticipatorias

posee una importancia superlativa (recordar el Caso segundo: la consultora de Ignacio). Un

diseñador debe ponerse en el lugar de otras personas y debe visualizar (mentalmente o con el

auxilio de VR-CAD-CAM-CAE) sus interacciones con las del artefacto que diseña.

En la Figura 1.6, hay una serie de facetas del proceso de diseño en cuanto a la creatividad que

necesitan de una explicación adecuada.

- Estudio de Factibilidad: Este es un informe que describe en forma amplia pero

concreta la solución óptima. Un componente importante en los estudios de factibilidad

de la vida real es el COSTO de la solución, pero en esta etapa no se considera el costo

del detalle en sí mismo.

- Investigación Operativa: es la rama de la matemática que estudia mediante modelos

(algoritmos o ecuaciones) los procesos industriales o comerciales, tales como

planificación, distribución, etc.

- Ingeniería de detalles: Comprende todos los detalles necesarios para desarrollar la

etapa de MANUFACTURA. Son los detalles omitidos en la concepción gruesa del

estudio de factibilidad. En la práctica una solución debe ser primero admitida como

factible antes de ser admitida su fabricación.

- Investigación y desarrollo: si un diseño se halla en los límites conocidos de la práctica

o ciencia, no sería posible modelar adecuadamente ciertos aspectos de cu

comportamiento. Esto involucra experimentación e introducción de nuevos modelos o

ideas de como solucionar los aspectos desconocidos, de forma que diseños basados en

estos conceptos o modelos se hagan con seguridad y confianza.

- Ergonomía: Esto se relaciona con la estética, seguridad y facilidad de uso de los

productos. Los principios de ergonomía se utilizan para optimizar la interacción entre

hombre y máquina, facilitando las tareas del primero.

- Relaciones industriales: Junto con la salud ocupacional y la seguridad, las relaciones

industriales son partes importantes en la elaboración de un diseño, ya que tiene que ver

con la satisfacción del usuario.

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- Ley de Incertidumbre: una de las clásicas leyes de Murphy sugiere “Si algo puede salir

mal, seguramente irá mal y por lo pronto en el peor momento”.

Ahora bien, establecido este contexto introductorio, se verá el concepto del COMO diseñar.

Usualmente los ingenieros solían sentirse incómodos al tratar un nuevo diseño desde el origen,

esto es lo que se llamó “El síndrome del papel en blanco”. Aunque no hay una forma

mecanizada o estructurada paso a paso que conduzca a la solución “correcta” del problema de

diseño, se debe mencionar que existen varias técnicas que pueden ser aprendidas para encarar

el diseño con suficiente seguridad y con una expectativa de logro razonable. En la Figura 1.7

se muestra una Estrategia de Diseño Sistemático con las múltiples iteraciones que se deben

efectuar y las actividades computacionales de apoyatura. En la Figura 1.8 se muestra un

proceso rudimentario de diseño (basado en “el modelo”) el cual se halla como caso particular

dentro de un grupo de metodologías como las de “Pahl y Beitz” y “SEED” (ver en la página

web http://www.mech.uwa.edu.au/DANotes/design/how). La estrategia presentada en la

Figura 1.8 es la que se utilizará en el curso.

Figura 1.7. Estrategia de Diseño Sistemático con iteraciones múltiples.

Figura 1.8. Estrategia de Diseño Simplificado (MODELO).

La estrategia de la Figura 1.8 tiene seis pasos, a saber:

http://www.mech.uwa.edu.au/DANotes/design/how

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- Paso 1: reconocer la NECESIDAD: Los productos y procesos creados por el diseño

de ingeniería son una respuesta directa a necesidades específicas de la sociedad. El

primer paso en el proceso de diseño es probablemente la parte más importante del

proceso completo. Sin embargo, suele dársele un tratamiento inadecuado en dicho

proceso. Un enunciado sobre la necesidad que sea formulado de manera cuidadosa

puede a menudo ahorrar considerable tiempo y energía después durante el ciclo de

diseño. Implícito en cualquier enunciado sobre la necesidad, está el reconocimiento de

las restricciones reales del problema. Una vez que se ha establecido tal enunciado, es

aconsejable que el diseñador lo revise periódicamente durante el proceso, de tal modo

que pueda ser corregido en caso necesario. En síntesis el problema debe exponerse de

forma que sea EXTENSIVO (no proponer condicionamientos innecesarios) y

COMPLETO (contemplando todas las necesidades de los involucrados).

- Paso 2: Crear un DISEÑO: una vez que la necesidad ha sido claramente reconocida y

enunciada de manera sucinta, el siguiente paso es comenzar a crear ideas de diseño que

satisfagan esta necesidad. De todos los pasos del proceso de diseño, este es el que

requiere el mayor ingenio e imaginación. En este paso se deben tener presente 1) la

generación de ideas, 2) evitar la crítica excesiva, 3) se debe puntualizar las

RESTRICCIONES del diseño (es decir “más grande que”, “más delgado que”, etc.) y

4) generar los CRITERIOS (que pueden ser “bajo costo”, “alto rendimiento”, “mayor

seguridad”, etc.).

- Paso 3: hacer un MODELO: Una vez que una idea ha sido creada, resulta necesario

encontrar un medio de evaluar la calidad de esa idea para satisfacer los requisitos de la

necesidad. Por supuesto, una manera de hacer esto sería construir la idea de diseño

sugerida, lo cual es impráctico por razones de costo, tiempo y esfuerzo. Para cuidar de

esos tres factores, se utilizan modelos simplificados para evaluar la idea de diseño. Un

modelo puede ser real o abstracto y puede ser cualquier cosa, desde una simple imagen

mental de la idea hasta una reproducción física o matemática compleja del concepto

propuesto. Un modelo empleado frecuentemente es una ecuación matemática que

describe el comportamiento físico de la parte. Mucho de lo que resta por ver en este

curso se dedicará a desarrollar tales relaciones matemáticas. Se debe entender que todo

modelo es una aproximación de la realidad del fenómeno físico. Por ello es importante

distinguir cuando el modelo es apropiado y cuando no. En la Figura 1.9 se puede

apreciar la comparación entre un modelo de trinquete (muy sencillo por cierto) a escala

y otro construido por CAM (con la técnica de rapid prototype). En las Figuras 1.10.a y

1.10.b se pueden observar un modelo de amortiguador hecho por computadora

(mediante elementos finitos) y su modelo matemático analítico.

- Paso 4: Probar el modelo: Una vez que el modelo ha sido preparado, es necesario

entonces evaluar la idea de diseño propuesta cotejando el modelo. La prueba implica

usualmente juicios valorativos. En el caso de un modelo matemático de un fenómeno

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físico el ingeniero pondrá valores y registrará los resultados y los cotejará con el

material que tenga a disposición. Esto significa que se deberá discriminar si el diseño

resiste, alcanza la potencia exigida, etc. La prueba del modelo puede hacerse en

función de otras soluciones comparables: métodos computacionales, modelos de

laboratorio, etc.

(a) (b)

Figura 1.9. Comparación de modelos a escala. (a) reproducción real (b) por mecanizado computarizado

Fuente: ver [6] en referencias bibliográficas

(a) (b)

Figura 1.10. Modelos de amortiguador. (a) Computacional geométrico (b) Analítico.

Fuente: ver [7] en referencias bibliográficas

- Paso 5: Mejorar el Diseño: a partir de las comparaciones efectuadas, se debe tener

una medida cuantitativa del éxito o fracaso de la idea. Es decir, si las ideas deben

abandonarse o guardarse para una mejora posterior. En este proceso se obtienen las

evidencias de donde debe efectuarse la modificación y así se retorna al Paso 2. Es

importante tener en cuenta que el proceso de diseño puede conducir a muchas

soluciones factibles o bien a ninguna solución de acuerdo a los lineamientos

establecidos en los puntos anteriores. Esta característica es la que hace al diseño

diferente de otros problemas de las ciencias de la ingeniería, donde frecuentemente se

tiene unicidad de solución. Aún así se tendrá en claro que el mejor de los diseños

propuestos SATISFACE TODOS LOS CRITERIOS, y no unos pocos.

- Paso 6: Generar Informe: Sin importar la calidad del diseño, el mismo no se

convertirá en producto o proceso útil si los detalles del mismo no son comunicados en

forma clara y precisa para su implementación. La comunicación de las ideas del diseño

ingenieril puede ser escrita, gráfica, oral, informática, etc.

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3. Las etapas operativas del Diseño

Los pasos que se mencionaron en el apartado 2, sirven para un procedimiento de diseño

determinado. Esto no inhibe que el mismo procedimiento sea repetido una y otra vez. En el

ambiente industrial, el diseño es ejecutado con frecuencia por medio de una serie progresiva

de cuatro etapas operacionales. Cada una de ellas implica un ciclo de diseño como el de la

Figura 1.8, y se conecta en serie con la siguiente, de manera que la salida de una etapa dará

una necesidad para la siguiente y así sucesivamente hasta concluir. Estas etapas se discriminan

a continuación.

- ETAPA 1. FACTIBILIDAD: En esta etapa se determina si es posible y ventajoso en

términos económicos iniciar un proyecto determinado. El enunciado típico de la

necesidad de esta etapa sugiere “se considere la conveniencia de...” o “la factibilidad

económica de ...”. Las ideas de esta etapa consisten en enunciado mas bien generales y

basados estrictamente en modelos económicos o de investigación de mercados. La

salida de esta etapa es una recomendación para proceder o abandonar el proyecto.

- ETAPA 2: PRELIMINARES: En esta etapa se efectúan juicios solamente cualitativos

sobre los componentes y recursos para satisfacer las necesidades de la etapa anterior.

El enunciado sobre la necesidad de esta etapa es la selección de la clase de

componentes requeridos para hacer el producto o proceso.

- ETAPA 3: DETALLE: La salida de la etapa 2 forma parte de un enunciado sobre la

necesidad de especificación completa y detallada de los elementos recomendados para

el producto o proceso. Las tareas implican una mayor proporción de selecciones

cuantitativas con respecto al tamaño, forma, orientación, etc. Esta es la etapa de los

cálculos más clásicamente difundida por la tradición oral. La salida de esta etapa

conduce a la fabricación del producto.

- ETAPA 4: REVISIÓN: concluida la etapa de diseño y con el producto o proceso

puesto en servicio, puede ser conveniente usar la experiencia de campo para establecer

mejorar a futuro. Esta etapa no siempre se tiene en cuenta en el proceso de diseño.

4. Diseño mecánico asociado a la Asignatura

En la asignatura se verán una serie de contenidos específicos y propios de la misma así como

también se intercalarán puntos de vista de otras áreas temáticas, aprovechando la misión

“integradora” de la asignatura. En cada una de estas actividades existirán una dedicación y

profundidad que dependerán del contenido específico asociado a la asignatura. Así pues en la

Figura 1.11 se puede apreciar una discriminación de las áreas temáticas más importantes

vinculadas con el diseño mecánico que tienen por otro lado mayor peso en el diseño de

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elementos de máquina. En ella se observan con diferentes colores los grados de importancia y

detalle, en forma análoga al uso del semáforo, es decir rojo para detenerse (detenimiento

implica detalle), verde para seguir de largo (lo que implica una descripción somera) y amarillo

para seguir de largo con cautela o detenerse selectivamente.

Figura 1.11. Discriminación de las áreas temáticas a cubrir y su nivel de profundidad.

Las siete líneas temáticas que se vinculan con la asignatura se desgranan a continuación:

1) Componentes para líneas de transmisión

•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

2) Transmisiones mecánicas de Velocidad Fija

•Cajas de engranajes. Relaciones Fijas

•Transmisiones de cadenas metálicas

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3) Transmisiones mecánicas ajustables

•Trenes de engranajes

•Transmisiones de tracción y/o arrastre

•Transmisiones de pasos variables: correas

•Transmisiones por ejes flexibles

4) Componentes de seguridad para máquinas

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

•Empaques: de compresión

•Juntas: metálicas y no metálicas

•Diafragmas

5) Motores de combustión interna, eléctricos, etc.

•Motores de combustión interna: 2T o 4T

•Motores eléctricos

•Motores Hidráulicos

6) Lubricación y cojinetes de todo tipo

•Fundamentos de Lubricación y Tribología

•Cojinetes de fricción: radiales y axiales

•Cojinetes de rodadura: Rodamientos

7) Mecanismos: análisis y síntesis cinemática

•Mecanismos de 4, 5 y 6 barras

•Mecanismos especiales: levas

•Síntesis cinemática

•Introducción de aspectos dinámicos

5. Bibliografía

[1] J.E. Shigley y C.R. Mischke, “Diseño en Ingeniería Mecánica”, McGraw Hill 2002

[2] B.J. Hamrock, B. Jacobson y S.R. Schmid, “Elementos de Máquinas”, McGraw Hill 2000

[3] M.F. Spotts y T.E. Shoup, “Elementos de Máquinas”, Prentice Hall 1999

[4] A.H. Erdman y G.N. Sandor, “Diseño de Mecanismos” Prentice Hall 1998

[5] R.L. Norton, “Diseño de maquinaria”, McGraw Hill 2000

[6] Hod Lipson, Francis C. Moon, Jimmy Hai, Carlo Paventi, “3D-Printing the History of

Mechanisms”. School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell, Ithaca.

[7] Algor News, http://www.algor.com

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