PÓSTER 8. Un ejemplo de aprendizaje basado en proyectos en la Ingeniería Mecánica. Francisco Mata Cabrera

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Sergio Gil Bustamante
hace 8 años
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1 PÓSTER 8 Un ejemplo de aprendizaje basado en proyectos en la Ingeniería Mecánica Francisco Mata Cabrera Departamento de Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos. Ingeniería Técnica Industrial. Mecánica. Escuela. Universitaria Politécnica, Almadén Universidad de Castilla-La Mancha Introducción En el plan de estudios vigente de la Ingeniería Técnica Industrial Mecánica, las asignaturas Diseño de máquinas, Teoría de estructuras e Instalaciones mecánicas son las tres disciplinas con mayor carga de competencias específicas de la titulación y, sin duda, constituyen el eje de especialización de la misma. La asignatura de Diseño de máquinas se apoya en otras materias más básicas impartidas en segundo curso como la Mecánica y Teoría de mecanismos o la Elasticidad y resistencia de materiales, y se relaciona con otras asignaturas de tercer curso, según se aprecia en la Figura 1.

Universitaria Politécnica, Almadén Universidad de Castilla-La Mancha Introducción En el plan de estudios vigente de la Ingeniería Técnica Industrial Mecánica, las asignaturas Diseño de máquinas,

2 Figura 1. La asignatura de Diseño de máquinas en el contexto de la titulación La Figura 2 muestra, por una parte, los elementos principales de una máquina, incluidos en el programa de la asignatura, junto con los fundamentos para el diseño y cálculo, y, por otra, las especificaciones técnicas a tener en cuenta en el diseño de cualquiera de estos elementos. Figura 2. Concepto de máquina: metodología de diseño y elementos Puede considerarse el Diseño de máquinas como la rama de la ingeniería mecánica que se encarga de la investigación, desarrollo, diseño, ensayos, verificaciones, operación y mantenimiento de las máquinas, en los aspectos mecánicos de las mismas. El Diccionario de la Real Academia de la Lengua define máquina como cualquier artificio que sirva para aprovechar, dirigir o regular la acción de una fuerza. En la actualidad, la máquina se considera como el resultado de un diseño en el que intervienen dos grupos de factores: unos de naturaleza puramente mecánica (sus mecanismos constituyentes) y otros de naturaleza no mecánica (mercados, impacto social, estética, etc.). En otras palabras, el diseño de máquinas constituye el conjunto de actividades que desarrolla el ingeniero especialista para crear la máquina que en cada momento demanda una necesidad humana concreta, y que entronca claramente en el contexto de la investigación, desarrollo e innovación (I+D+I).

los fundamentos para el diseño y cálculo, y, por otra, las especificaciones técnicas a tener en cuenta en el diseño de cualquiera de estos elementos. Figura 2.

3 El diseño de máquinas puede ejecutarse en forma integral, concibiendo una máquina en su totalidad, o bien en forma parcial, rediseñando o mejorando un diseño previo. Se presenta en esta comunicación la experiencia de aprendizaje basado en proyectos llevada a cabo en la asignatura de Diseño de máquinas, materia troncal de tercer curso de ingeniería técnica industrial mecánica que se imparte en el primer cuatrimestre en la Escuela Universitaria Politécnica de Almadén. Si bien se tienen antecedentes de aplicación de esta metodología en los cinco cursos académicos anteriores, la experiencia se refiere al curso y en ella han participado 27 alumnos. Objetivos La experiencia se ha desarrollado con la idea de que el alumno: - sea capaz de abordar un problema complejo, que integre una serie de competencias específicas de la asignatura - aplique los conocimientos teóricos de la asignatura a un proyecto real, en el que hay interacciones entre elementos y que sin duda es mucho más que la suma de problemas aislados de engranajes, árboles o embragues, por ejemplo - se sitúe en condiciones de poder acometer con éxito el diseño de nuevas máquinas o la mejora de la maquinaria existente Desarrollo Durante el primer mes de curso, se estudiaron los bloques temáticos correspondientes a la metodología de diseño de máquinas y las bases para el cálculo de los diferentes elementos (árboles, engranajes, correas, etc.). A continuación, se le hace entrega al alumno del enunciado tipo del proyecto que deberá desarrollar a lo largo del cuatrimestre. En este enunciado, que se reproduce a continuación, se especifica claramente la documentación que tiene que generar el alumno (documentos de proyecto), así como el detalle de los cálculos que deberá realizar, para materializar finalmente la máquina.

industrial mecánica que se imparte en el primer cuatrimestre en la Escuela Universitaria Politécnica de Almadén.

4 Diseño y cálculo del conjunto de caja de cambio de velocidades y embrague de una máquina-herramienta Documentos: 1. Memoria descriptiva - especificaciones para el diseño - descripción de los métodos de cálculo utilizados - diagramas de flujo - niveles de esfuerzos - criterios de fallo - soluciones adoptadas (material, dimensiones, disposición constructiva). Justificación 2. Memoria de cálculo - análisis estático, cinemático y dinámico - diseño y cálculo de componentes mecánicos - diseño y cálculo del sistema de lubricación - síntesis de resultados 3. Planos - planos de cada mecanismo o elemento - planos de ensamblaje de mecanismos y elementos GUIÓN PARA EL DISEÑO Y CÁLCULO - diseño y cálculo de engranajes (tipo, material, diámetros, número de dientes, relaciones de transmisión) - diseño y cálculo de transmisión flexible por correas (tipo, diámetros de poleas, sección de poleas, sección y número de correas, etc) - diseño y cálculo del embrague - diseño y cálculo de árboles de transmisión (tipo, material, diámetros, diseño a fatiga, diseño resistente, análisis de deformaciones máximas, velocidad crítica, etc.) - diseño y cálculo de rodamientos y cojinetes de apoyo - diseño del sistema de lubricación (lubricante, bomba, capacidad, sistema de lubricación, etc.) - diseño del bastidor - selección de elementos de fijación y accionamiento Datos de partida:

(material, dimensiones, disposición constructiva). Justificación 2.

5 - par necesario en el mecanismo principal de la máquina: - régimen de giro del motor de accionamiento: - relación de velocidades en transmisión flexible: - velocidades de trabajo: Como se puede apreciar, se trata de un trabajo complejo que integra el diseño de buena parte de los componentes que constituyen cualquier máquina. A la entrega del enunciado, el profesor planteó la metodología que debería seguir el alumno, junto con un cronograma orientativo de tiempos para poder concluir el trabajo en la fecha prevista (fin del cuatrimestre). Junto con el enunciado se hace entrega al alumno de información técnica impresa y en formato digital, que deberá consultar a la hora de seleccionar elementos normalizados y que servirá, de paso, para que se habitúe a manejar catálogos comerciales, que serán imprescindibles en su trabajo futuro. El trabajo se plantea realizar en grupos de dos alumnos, si bien se tiene también experiencia de años anteriores, en los que se planteaba de forma individual. Se dedican varias sesiones de carácter práctico para, por un lado, ayudar al alumno en la toma de decisiones inicial (selección de materiales, disposiciones constructivas, estimación de esfuerzos, etc.) y, por otro, poder visualizar ejemplos reales en el laboratorio, que le sirvan de referente. Una vez iniciado el trabajo, se van explicando en clase (sesión de teoría seguida de ejemplos de aplicación) cada uno de los elementos de máquina que van apareciendo en el proyecto, en el orden preestablecido, para que el alumno pueda desarrollar paralelamente su trabajo. La filosofía es recurrir a la explicación a medida que van apareciendo elementos nuevos en el proyecto y que el alumno debe diseñar ( teoría a la carta o, si se prefiere, ir de la aplicación al fundamento ). Esta metodología, al menos en nuestra experiencia, da muy buenos resultados en este tipo de asignaturas. El alumno ya parte de la ubicación, utilidad y tipologías de cada elemento, pues lo ha visto en casos reales y además es consciente de que en la máquina que va a diseñar ese elemento es necesario, de modo que tiene el estímulo para aprender más. Al alumno se le facilitan unos apuntes guía, que resumen las bases teóricas, y tienen a su disposición material bibliográfico complementario en el desarrollo de las

A la entrega del enunciado, el profesor planteó la metodología que debería seguir el alumno, junto con un cronograma orientativo de tiempos para poder concluir el trabajo en la fecha prevista (fin

6 sesiones prácticas. Con todo, al tratarse de un trabajo tutelado, la figura del profesor es imprescindible, al menos al principio. Resultados La evaluación de la asignatura se establece sobre la base del proyecto integrador y de un examen final, con igual peso. Se ha demostrado que esta forma de trabajar habitúa al alumno a enfrentarse a casos reales complejos al tiempo que mejora sustancialmente sus resultados académicos. El trabajo continuado del alumno para desarrollar correctamente su proyecto le permite aprender trabajando y obtener una recompensa en la evaluación. Ahora bien, esta no es la única consecuencia positiva del método: el alumno está mejor preparado para afrontar el examen final, al que llega como una continuidad del trabajo diario, sin presiones de última hora. La dinámica de grupo favorece el aprendizaje autónomo y ayuda a sortear las dificultades que surgen en el proceso; pero, además, permite trabajar ciertas competencias transversales muy interesantes. Salvo casos excepcionales, el alumno asume de forma favorable este planeamiento, manifiesta interés en avanzar en el proyecto e incluso demanda al profesor en ocasiones, la orientación sobre posibles alternativas de mayor grado de dificultad. Para el profesor la experiencia es muy positiva, si bien es de destacar el trabajo adicional para tutelar a los alumnos y corregir los proyectos. Cualquier proceso de innovación no está exento de dificultades, entre las que cabe destacar la no uniformidad del grupo de alumnos, dado que, junto al bloque que sigue la metodología hasta el final, hay alumnos que trabajan y no asisten habitualmente a clase y casos de alumnos sobrecargados de asignaturas que abandonan al comprobar el ritmo de trabajo necesario para superar esta asignatura. A pesar de todo, podemos destacar que un 60 % de los alumnos matriculados consiguen superar la asignatura con buena calificación en primera convocatoria. Los trabajos, a modo de portafolio, están a disposición de cualquier compañero interesado en implementar esta idea. Conclusiones

Se ha demostrado que esta forma de trabajar habitúa al alumno a enfrentarse a casos reales complejos al tiempo que mejora sustancialmente sus resultados académicos.

7 La experiencia ha demostrado cómo el aprendizaje basado en proyectos permite al alumno implicarse más en su proceso de aprendizaje, abordando supuestos reales de cierta complejidad, y mejorar el rendimiento académico. El trabajo en grupo genera sinergias interesantes que se deben aprovechar para abordar algunas competencias básicas. El recorrido de seis cursos en los que se ha venido desarrollando esta experiencia permite aportar datos sobre su viabilidad en materias tecnológicas similares.

El trabajo en grupo genera sinergias interesantes que se deben aprovechar para abordar algunas competencias básicas.

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