La enseñanza del Diseño Mecánico con un enfoque medioambiental (página 2)

Partes: 1, 2

Existen criterios generales del diseño
mecánico como son la seguridad, la
confiabilidad, la facilidad para fabricar, facilidad de
operación, costo de
operación, mantenimiento
bajos, tamaño reducido, poco peso, materiales
adecuados, la apariencia y la ergonomía;
en los que su concepción implica un enfoque ambientalista.
Resulta necesario hacer un análisis de los siguientes aspectos:

Recursos minerales

El desempeño satisfactorio de un equipo
obedece al comportamiento
de los diferentes Elementos de Máquinas
que lo componen, un aspecto significativo lo constituye la
selección de los materiales. Los tipos de
materiales son numerosos y diversos, para la ingeniería mecánica generalmente son los metales que
pueden ser dúctiles o frágiles y los plásticos.
Al incidir en dimensionamiento óptimo de las piezas, es
decir, al garantizar la resistencia
necesaria con las dimensiones mínimas posibles se
está protegiendo el medio ambiente
en lo que al uso racional de los recursos minerales se
refiere. Se debe tener en cuenta en los diseños de
árboles, ruedas dentadas, poleas,
estrellas, uniones eje-cubo, selección de
acoplamientos.

Según sea la aplicación concreta que se
trate resulta necesario valorar las propiedades mecánicas
de resistencia, rigidez, ductibilidad, durabilidad y facilidad de
fabricación. Se debe tener presente lo
siguiente:

Los aceros de contenido de carbono bajo
(menos de 0.30%) tienen poca resistencia pero buena capacidad
para darle forma.
Los aceros de contenido de carbono medio (entre 0.30%
y 0.50%) tienen resistencia moderadas y altas, con ductibilidad
satisfactoria y dureza moderada.
Los aceros de alto contenido de carbono (mayor de
0,50%) tienen mejores propiedades en cuanto al
desgaste.

Es necesario valorar, además, el tipo de
tratamiento térmico, ya que las propiedades
mecánicas finales están en función
del que se les aplique (temple, normalizado, recocido,
carburización y nitruración entre
otros).

La
durabilidad

La durabilidad es un aspecto muy unido a la
selección del material en el que intervienen otros
factores, representa la tensión a la que un material puede
resistir para un número específico de ciclos de
cargas. Por lo que un aspecto importante es la correcta
definición del tipo de carga actuante, estas pueden ser
(estáticas, variables,
choques y aleatorias). Los otros aspectos se refieren
a:

Dimensiones de la sección
Acabado de la superficie
Concentración de tensiones
Defectos internos
Temperatura factores ambientales

Vibraciones
mecánicas y ruidos.

Las vibraciones mecánicas, generalmente, provocan
ruidos que, a su vez, tienen a contaminar el ambiente
sonoro. Su efecto dañino afecta cualquier máquina y
equipo, pero también recae sobre el hombre, que
es quien generalmente las opera y se debe prestar especial
atención en su protección. Es
importante que en la decisión sobre el tipo de
transmisión a utilizar e realice teniendo en cuenta estos
aspectos, a partir del cálculo de
las frecuencias para las cuales, en determinado momento, la
máquina o elemento puede entrar en resonancia. De hecho a
través del cálculo se pueden control las
frecuencias de trabajo de
dichas máquinas y elementos y, de esta forma, disminuir la
producción de ruidos nocivos. Con el
diseño adecuado de las máquinas se puede evitar el
efecto nocivo de las vibraciones mecánica y la aparición de la
resonancia.

Emisión de gases a la
atmósfera.

Se conoce que el gasto de energía está
estrechamente relacionado con la emisión de gases a la
atmósfera, se pueden influir en este aspecto si logra que
el dimensionamiento de las piezas sea el óptimo, con el
cual deben disminuirse las operaciones de
maquinado, montaje y explotación, que siempre traen
consigo un consumo de
energía.

Afectaciones al terreno

El peso de un equipo y en particular en las
máquinas agrícolas es un factor que está
estrechamente relacionado con la compactación del suelo, lo que
constituye un factor negativo para los cultivos agrícolas.
Este aspecto debe ser valorado a través de la correcta
selección del material, los elementos de máquinas
normalizados y el dimensionamiento óptimo de las piezas.
En este aspecto resulta importante la correcta valoración
de las cargas y el análisis de las fuerzas internas, pues
al disminuir el peso disminuye la compactación del suelo;
por otra parte reporta un ahorro
considerable de materias primas y energía, generalmente
provenientes de fuentes no
renovables.

La mantenibilidad

Un aspecto que influye directamente en el medio ambiente
es la mantenibilidad, entendida como la propiedad de
un sistema o equipo
mecánico de conservar su funcionamiento normal o la
posibilidad para restituir una pieza una vez que se ha presentado
un evento de falla. El método
consiste en tener en cuenta la confiabilidad y mantenibilidad
antes de que el equipo sea construido, desde las fases iniciales
del diseño. Esto sin dudas es importante para el medio
ambiente ya que va a permitir una mejor utilización de los
productos, por
un tiempo
mayor.

En los planos y especificaciones debe darse toda la
información necesaria, así mismo
tanta información anticipada como sea posible para que el
equipo, instalación y personal
calificado puedan estar disponibles con los inconvenientes
mínimos. Esto se manifiesta en los diseños con
muchas partes, donde podría haber mezcla de partes, falta
de componentes y mayor número de fallas o errores en las
pruebas
realizadas. Si algunas partes son semejantes, pero no
idénticas, aumentan las probabilidades de que un armador
use la parte equivocada.

Las partes o componentes que carezcan de detalles que
eviten la inserción en el lugar o con la
orientación incorrecta, darán lugar a una mala
colocación o armado. Los pasos complicados de armado, o
los procesos de
unión donde se usen trucos pueden causar ensambles
incorrectos, incompletos, no confiables, o con algún otro
tipo de fallas. Por último al no tener debidamente en
cuenta en el diseño, las condiciones a las que se han de
sujetar las partes durante su ensamble, tales como humedad,
temperatura,
niveles de vibración, electricidad
estática y polvo, pueden generar fallas
durante sus posteriores pruebas y utilización.
Para resumir, hay varias técnicas
de diseño que pueden usarse para mejorar el diseño
en la obtención de una mantenibilidad. Estas
técnicas deben ser evaluadas cuidadosamente en cada caso,
frente a las restricciones de diseño que pueden afectar a
una solución en particular.

La importancia de la función de mantenibilidad en
el proceso de
diseño es directamente proporcional a la importancia de la
función de diseño. Para que un diseño tenga
una mantenibilidad inherente aceptable, se deben hacer
provisiones para la mantenibilidad desde la fase de diseño
conceptual hasta su finalización. Como métodos de
diseño para lograr la mantenibilidad se deben
señalar:

Accesibilidad y
modularidad

La accesibilidad se refiere a la facilidad para llegar a
un determinado elemento dentro de un conjunto, para la
realización de tareas de ensamble y/o mantenimiento. La
modularidad se refiere a la característica de algunos
sistemas de ser
ensamblados en módulos para disminuir el grado de
complejidad y los errores dentro del proceso de ensamble. Todo
equipo y subconjunto debe agruparse en módulos a los que
se pueda acceder por separado y convenientemente, y estar
compuesto de piezas que se pueden conectar y desconectar
rápidamente ante cualquier imprevisto.

Simplicidad
y normalización

La simplicididad quiere decir, sencillez, facilidad y
capacidad de operación del conjunto. Al ser más
bajo el nivel de complejidad utilizado, es mayor la facilidad de
entender y lograr una mejor actuación y fiabilidad del
sistema dinámico. La simplicidad en la estructura del
producto
mejora el ensamble, esto trae consigo que el proceso de
fabricación y mantenimiento sea menos costoso. La
simplicidad en el uso del sistema significa mayor libertad y
menos costo, en la contratación y entrenamiento de
los operadores.

La normalización refiere a la
utilización de elementos normados dentro de la
concepción de un producto. Conceptos que aunque se
refieren a aspectos diferentes, por el vínculo con la
temática, se tratan de forma conjunta, ya que son dos
herramientas
útiles para diseñadores que buscan una alta
mantenibilidad.

En general, cuanto más simple es el diseño
más favorable es la mantenibilidad. Sistemas tales como
tecnología
de grupo,
análisis de valor,
análisis de causa – efecto, métodos de Tagushi,
ingeniería simultanea, diseño para la
producción, diseños para el ensamble y la automatización, convergen todos en un solo
gran objetivo que
es el diseño para la simplicidad. Dicho diseño
simplificado del producto tiene dos características que le
son propias:

1. La reducción en el número de partes
integrantes de un producto;

2. El uso de partes estándares.

Prever las
consecuencias del diseño de un producto.

El diseño de cualquier sistema o equipo no debe
de desentenderse de las consecuencias que los mismos puedan
ocasionar, las decisiones deben responder a las nuevas realidades
en materia
científica, tecnológica, social y económica.
Simples detalles de diseño pueden alterar superlativamente
los niveles de inversión necesarios para su
fabricación. Las tolerancias asignadas a las piezas deben
responder a la capacidad de los procesos de que se
dispone.

Un aspecto importante, en el caso de agregados y
máquinas agrícolas, es introducir las evaluaciones
y pruebas de la evaluación
del impacto
ambiental.

4.- Factores humanos.

Muchos son los aspectos del diseño del producto
que pueden afectar de manera adversa la facilidad en el proceso
de fabricación, y consecuentemente su nivel de calidad. Algunas
partes son diseñadas con características
difíciles de fabricar en forma repetitiva, o con
tolerancias que son innecesariamente estrechas. Algunas partes
pueden carecer de detalles para auto alinearse, o de
características que eviten la inserción en
posición equivocada. En otros casos, las partes pueden ser
tan frágiles o susceptibles a la corrosión o a la
contaminación, que se puede dañar una parte de
ellas en el embarque o por el manejo interno. A veces, debido a
la falta de cuidado, un diseño tiene simplemente
más partes que las necesarias para llevar a cabo las
funciones
deseadas, y entonces habrá mayor probabilidad
de errores en su ensamble y posterior funcionamiento.

Por lo tanto, los problemas de
mal diseño pueden surgir en la forma de errores, bajos
rendimientos, daños o fallas en el funcionamiento durante
la fabricación, ensamble, prueba, transporte y
uso final. Para lograr una concepción óptima del
diseño es necesaria la capacitación y el entrenamiento, dentro de
lo que se da en llamar la gestión del
conocimiento y de los activos intelectuales,
es crítico y fundamental, a la hora de mejorar
creativamente los diseños de los productos.

Capacidad
de prueba.

Cuando sea posible la elección los
diseñadores del equipo funcional deben crear un
diseño que se pueda someter a pruebas funcionales
completas, no destructivas. Anteriormente se incurría en
grandes gastos producto a
esta actividad de prueba, pues si existía un fallo que
provocara la destrucción total o en el mejor de los casos
parcial del equipo, había que utilizar nuevas piezas, en
sustitución de las que resultaron dañadas y esto
provocaba que aumentaran los costos de
producción.

Simulación del diseño

Las simulaciones virtuales sin dudas van a permitir una
mejor concepción del proceso de Diseño y por lo
tanto una valoración de las posibles afectaciones
ambientales, tienen como objetivos:

Comprobar que las soluciones
generadas están de acuerdo con los principios de
la ciencia
y de la técnica.
Prever los efectos deseados.
Optimizar las soluciones.

Una correcta evaluación de las tensiones y
deformaciones permite tener en cuenta la influencia de aspectos
como la corrosión en el tiempo, la acción
del hombre o los
elementos físicos que actúan sobre el.

La
Ergonomía

Las relaciones entre el trabajador y la máquina
se han hecho cada vez más complejas, por lo que el aumento
de la productividad y
la disminución de la fatiga y los accidentes en
los operarios, requieren de un estudio de la forma de
utilización de las máquinas. Es la Ergonomía
la ciencia
aplicada que estudia el sistema integrado por el trabajador, los
medios de
producción y el ambiente laboral, con el
objetivo de obtener un trabajo eficiente y adecuado a las
capacidades psicofisiológicas de cada trabajador. El campo
interdisciplinario de la Ergonomía incluye (Anatomía y Fisiología, Psicología, Medicina del
trabajo y las Disciplinas tecnológicas). Son sin dudas
estos aspectos indispensables a tener en cuenta si se quiere un
Diseño con enfoque medio ambiental.

Las relaciones que se establecen entre el trabajador y
los medios de producción (máquinas) son relaciones
informativas, relaciones de control y relaciones corporales. Por
lo tanto, las características del ambiente laboral que se
deben controlar son temperatura, humedad, sonido,
vibraciones, presión
atmosférica, entre otras. Las máquinas ejercen su
influencia sobre el hombre, repercutiendo en los diferentes
sistemas:

Sistema cardiovascular y circulación
sanguínea.
Sistema respiratorio.
Sistema muscular y óseo.
Sistema nervioso.
Receptores sensoriales, visión y
audición.

Teniendo en cuenta muchos de estos aspectos, las
dimensiones y formas de los medios de trabajo que va a utilizar
el hombre influyen sobre éste. Estas dimensiones deben
adecuarse con su cuerpo, o sea, con su antropometría. Es
por eso que los principios de aplicación de la
información antropométrica se deben utilizar en
todos los elementos de los puestos de trabajo.

La actividad de diseño de medios de
producción toma cada día mayor importancia en
nuestro país, donde se diseñan y construyen
variados equipos e instrumentos, maquinarias agrícolas y
medios de transporte. Se hace necesario entonces estudiar los
principios para diseñar, seleccionar y evaluar los
dispositivos de control, en el aspecto de su conveniencia al
operador.

CONCLUSIONES

En el Plan de Estudios
del Ingeniero Mecánico se hace insistencia en la educación medio
ambiental y se establece como una de sus estrategias
curriculares y es precisamente porque en sus diferentes esferas
de actuación tiene gran cantidad de procesos que tienden
al incremento de la contaminación ambiental. En este caso se
han valorado los aspectos concernientes al Diseño de
elementos de Máquinas, aspectos que se cumplimentan y se
llevan a la práctica de los estudiantes en la
realización de Tareas y Proyectos lo que
le permite analizar y valorar el impacto ambientadle una tarea de
Diseño, como eslabón primario y decisivo en el
desarrollo de
un producto mecánico.

Evaluar con un criterio de sostenibilidad y medio
ambientalista el diseño de elementos de máquinas
significa tener en cuenta: la correcta selección del
material, el análisis de las condiciones de trabajo, las
formas constructivas adecuadas, la ergonomía y la
valoración del proceso de fabricación y la
mantenibilidad (sus implicaciones con el número de piezas
a fabricar y el herramental).

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