PEQUEOS PROYECTOS DE INGENIERA COMO ENSEANZA NO PRESENCIAL

Jordi Llum, Manuel Manzanares, Julian Rodriguez, Albert Bordoy Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)

Escola Universitaria denginyeria Tcnica Industrial (EUETIB)

c/ Comte dUrgell 187 08036 Barcelona jordi.lluma@upc.es

Resumen La introduccin de la enseanza no presencial abre la posibilidad a nuevas formas de aprendizaje no dirigido. En el presente trabajo se presentan los resultados de plantear un pequeo proyecto de ingeniera (el diseo de una llanta para un vehculo de bajo consumo) como trabajo no presencial de un grupo de estudiantes.

El trabajo se plantea como un encargo de un cliente (profesor), con unas especificaciones del producto (prestaciones, tamao de la serie y coste unitario mximo) y un plazo de desarrollo (3 meses) a un grupo de estudiantes que actan como una ingeniera. El profesor tambin acta como supervisor-asesor externo para encauzar o desatascar el trabajo, pero no generando soluciones.

Al final del trabajo, el proyecto se ha de defender ante el cliente y entregarle las especificaciones de diseo y de fabricacin.

La experiencia ha resultado altamente motivadora para los estudiantes y les ha permitido obtener nuevas habilidades como ingenieros.

1. INTRODUCCIN. El cambio de tendencia en la formacin universitaria, desde la enseanza al aprendizaje, provoca un desplazamiento del motor de la actividad desde el profesor al estudiante. Esta nueva situacin modifica los roles tradicionales de la formacin y abre la ventana a un conjunto de nuevas actividades, en las cuales el profesor pierde parte del protagonismo a favor de los estudiantes.

Una de estas situaciones es el aprendizaje no presencial, donde, por definicin, estudiantes y profesores no deben coincidir en lugar o tiempo, mientras ser realice la actividad [1].

Este tipo de enseanza permite una mayor flexibilidad horaria al estudiante y le obliga a ejercitar sus habilidades para la resolucin de problemas, dndole una mayor destreza y seguridad. El resultado es un estudiante con mejor formacin y mayor autonoma que previsiblemente se desenvolver mejor en el mundo laboral.

En las enseanzas tcnicas el objetivo principal es formar ingenieros, que en el da de maana llevaran a cabo los proyectos de ingeniera de nuestra sociedad. As pues parece razonable incentivar las habilidades encaminadas hacia esta meta, y un buen punto de partida podra ser el desarrollo tutelado de pequeos proyectos, que permiten directamente fomentar las habilidades necesarias en la vida laboral y al mismo tiempo centrarnos en el aprendizaje no presencial.

2. SELECCIN DEL PROYECTO. El proyecto a plantear debe ser, sencillo, pues su objetivo no es poner a prueba las habilidades de los estudiantes, sino fomentar su prctica. Un proyecto demasiado complicado puede desalentar su nimo, y uno de demasiado sencillo llevarles al tedio.

La magnitud del proyecto ha de ser pequea, pues debe desarrollarse con los recursos disponibles. Por lo tanto, es preciso calibrar bien la dimensin del grupo de estudiantes que deber realizar el proyecto, para no sobrecargarlo de trabajo. Adems, necesariamente el plazo de tiempo de ejecucin debe ser menor que el periodo lectivo (4 meses en la EUETIB), pues es precisa la evaluacin del trabajo.

El tema del proyecto tiene que estar relacionado con el temario de la asignatura. En el caso de nuestro ejemplo la asignatura es Tecnologa de materiales cermicos y compuestos, por lo que ha priori el desarrollo de cualquier pieza, mquina o proceso con stos materiales es apto. Un valor aadido importante al proyecto es el inters que los estudiantes puedan tener por el. Cuanto mayor sea el inters de los estudiantes por el tema, mayor ser su predisposicin inicial al trabajo y su voluntad para superar las dificultades. En la Ingeniera Tcnica Industrial, especialidad Mecnica, el mundo del motor , el automvil y la competicin suele ser un tema de inters.

Por todos estos motivos, y aprovechando que en la EUETIB el grupo Eco Enginys Escola Industrial (EEEI) est desarrollando un vehculo de bajo consumo para la 20 Shell Eco Marathon (carrera internacional de bajo consumo que se celebra anualmente en el circuito Paul Armagnac, en Nogaro, Francia) se plante a un grupo de 8 estudiantes el desarrollo de una llanta para este vehculo.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO. El proyecto se plantea como un encargo de trabajo por parte de una empresa, que deber resolverse durante un periodo lectivo.

Como encargo de ingeniera que es, el trabajo se presenta como un conjunto de especificaciones y condiciones a cumplir, y se exige un presentacin del proyecto y un pliego de condiciones de fabricacin.

El documento de encargo del proyecto se muestra en la figura 1.

Diseo de una llanta.

La empresa Eco Enginys Escola Industrial (EEEI) os encarga que disseeis

las llantas para su vehculo de bajo consumo Centenari con los siguientes criterios:

1. Coste inferior a 100 entre materiales y procesos no realizables en la EUETIB. 2. Llanta aerodinmica (lenticular o similares) sin cmara (tubeless). 3. Mnimo peso. 4. A igualdad de peso mximo momento de inercia.

Los requisitos que de

Factor de seguridad de

Garanta del producto

Serie de fabricacin

Deformacin mxima e

Peso del vehculo en se

Acceleracin mxima d

Giro mximo de las rue

Velocidad mxima del

Neumticos tipo

Presin nominal de hin

Para cualquier duda

correo electrnico a eeei.eue

la EUETIB).

Figura 1.- E

Como orientacin a posibl n acceso a las actuales llanta e abeja de aluminio en una e carbono y espuma de polica

Tambin se les facilita una a competicin, para que puedbe de cumplir la llanta son:

diseo 50%

1000 h en servicio o 2 aos

de 1 a 5 unidades

n servicio 0.1 mm

rvicio 100 kg

el vehculo 2 m/s2

das 8

vehculo 16.7 m/s

44 - 406 (20 x 1.75)

chado del neumtico 560 kPa

o informacin complementaria pueden solicitarla por

tib@upc.es o pasar por el taller de EEEI (local SC04 de

specificaciones de diseo del proyecto.

es soluciones del proyecto los estudiantes tienes del vehculo. stas estn realizadas con panel dversin y con estructura emparedada de fibra drbonato en otra.

coleccin de fotografas de otros vehculos de estan observar diversas soluciones al diseo.

4. DESARROLLO DEL PROYECTO. El proyecto se fue desarrollando de forma paulatina, y con bastante constancia en el tiempo, aunque el ritmo fue menor al principio (debido a la resistencia a iniciar algo desconocido) y hubo un acelern final (al tratar de hacer lo mximo posible y lo mejor posible en un tiempo cada vez menor).

4.1. Dificultades iniciales. La primera dificultad con el proyecto vino al instante: Por donde empiezo? Qu tengo que calcular? Cmo nos organizamos? Cundo nos reunimos?

Efectivamente, nuestros estudiantes estn bastante acostumbrados a afrontar problemas muy bien acotados: dado un conjunto de cargas bien definidas, calcular la deformacin de una estructura, etc. Pero frente ha problemas no tan especificados no reacciona tan bien. De hecho, no suelen desglosarlo en un conjunto de subproblemas bien acotados, ni suele afrontar estos subproblemas de forma paralela, sino en serie (uno detrs de otro). Tampoco procuran definir una estructura organizativa clara, sino que optan por estructuras autoorganizadas con liderazgo natural.

En consecuencia la primera tarea como asesor externo del profesor, suele ser desglosar el proyecto por partes y esbozar como se puede desarrollar cada una, sugerir una divisin del trabajo entre personas y el desarrollo en paralelo de actividades y fomentar la estructura organizativa del grupo.

Concretamente en este caso se sugiri la divisin del proyecto en 3 equipos: bsqueda de materiales y propiedades, bsqueda de neumticos y su atalonamiento y resolucin de las solicitaciones de carga.

Los equipos se reunan semanalmente (al salir de clase) y intercambiaban informacin. El lder del proyecto reasignaba tareas o las reorientaba si era preciso.

4.2. Dificultades en la bsqueda de informacin. La principal fuente de informacin de nuestros estudiantes es internet, a travs de sus diversos buscadores generalistas. Raramente recurren a catlogos de empresas o a bases de datos especializadas. Este hecho provoco algunos problemas en el presente trabajo. Los primeros materiales que encontraron no estaban disponibles en Espaa, y su coste de importacin era prohibitivo al tener que importar cantidades apreciables de productos. Adems, en la mayora de pginas de informacin de materiales no estaban especificados los parmetros del material necesarios para el diseo de la llanta, y la mayora de telfonos y direcciones de correo electrnicas eran del extranjero. Como ninguno de los estudiantes dominaba el ingls, francs o alemn con fluidez, desestimaron ponerse en contacto con dichas empresas.

A raz de estas incidencias, se reorienta la bsqueda de informacin a buscar empresas que puedan suministra productos en Espaa y que tengan un tcnico

comercial que hable castellano, desencallando as la situacin y obteniendo la informacin deseada. En algunos caso incluso se visitaron empresas cercanas a la EUETIB para facilitar el dialogo.

4.3. Dificultades en la generacin de aproximaciones. Otro problema de nuestros estudiantes es la exactitud. Cuando no pueden generar una solucin exacta al problema, buscan constantemente mtodos para hallarla, evitando entrar en aproximaciones y su inexactitud.

Concretamente para calcular las hiptesis de carga de la llanta, no podan decidirse por un conjunto finito de situaciones, ni por cuales de ellas eran ms desfavorables.

A pesar de las sugerencias del profesor de hacer ciertas aproximaciones y de insinuar que era mejor una solucin aproximada que una no solucin exacta, el empeo del grupo continu siendo la solucin exacta.

Slo al cabo de cierto tiempo, y ante la imposibilidad de hallar soluciones exactas se opto por tomar aproximaciones a las hiptesis de carga.

4.4. Resolucin de conflictos. Debido a que los problemas que se plantean a los estudiantes durante su formacin tienen siempre una solucin coherente, stos son muy reticentes a decir que no existe solucin o a plantearse una modificacin del enunciado para posibilitar una solucin coherente.

En el caso del proyecto planteado, dos de las condiciones de las especificaciones del diseo era de difcil cumplimiento, o como mnimo difciles de garantizar: la deformacin mxima y la vida til mnima. La dificultad estriba en que tanto la fatiga como la deformacin acumulada de una estructura compleja de materiales compuestos son difciles de calcular tericamente, y se suele optar por la medida experimental de estos parmetros. Como dentro del proyecto era impensable la fabricacin y ensayo del prototipo, los estudiantes optaron por otra solucin.

A pesar de su tendencia a cumplir lo solicitado y no evaluar a priori su coherencia, el grupo opt convocar al cliente (profesor), exponerle el problema y sugerirle la opcin de rebajar estas dos condiciones de requerimiento a deseo, de manera que el proyecto an fuese realizable con los recursos disponibles. La exposicin fue argumentada, serena y convincente, de modo que se acept el cambio condiciones.

4.5. Asimilacin del proyecto. Una vez superadas las primeras dificultades, el grupo hizo suyo el proyecto, y empez a trabajar de forma totalmente independiente. De hecho la motivacin fue tal que excedieron los limites del trabajo y redisearon los bujes (figura 2) y

simularon por elementos finitos el comportamiento de algunos elementos crticos (figuras 3a, 3b y 3c) para garantizar su correcto funcionamiento.

Figura 2.- Dibujo 3D de buje rediseado.

(a) (b)

Figura 3.- Simulaci ensiones del buje(b) (c)

n de las deformaciones de la llanta (a) y las ty el conjunto (c).

Figura 4.- Propuesta de llanta final.

5. RESULTADO. El trabajo lleg a su con un nivel de cumplimiento muy eleva el cliente y de los estudiantes.

La configuracin obtenid Ergal comercial para bicicletas, una llan 0 y unos bujes de aluminio 7075 (figura 4) era de 1090 g (la versin anterior pesaba

El documento entregado dice, Enunciado y discusin, Solicitaciones de alternativas y proceso de fabricacin, res, Conclusiones, Planos, Anexos.

Dentro del documento s aterial o pieza que se debera usar, el proc orma de estacar la pieza y operaciones a re ilustraciones como la de la figura 5. Tambi eo, que permitan obtener una mayor re aban podido ser verificadas adecuadame

trmino en el periodo previsto, do y una alta satisfaccin por parte d

a se basa en un llantn de aluminiota hecha de plafon de Hexlite 31. El peso total incluyendo neumtico2100 g).

incluye los siguientes apartados: n, Diseo del producto, presentacin

Montaje, Presupuesto y distribuido

e especificaba el suministrador del meso de mecanizado (especificando falizar) y el proceso de montaje, conn se presentaban alternativas al disduccin de peso, pero que no hnte.

Figura 5.- Ilustracin del ensamblaje de la llanta.

Conclusiones La realizacin de pequeos proyectos de ingeniera, fomenta la habilidad de resolucin de problemas y trabajo en equipo de nuestros estudiantes, preparndolos para la futura incorporacin al mundo laboral.

Si el proyecto escogido es adecuado, fomenta el inters de los estudiantes por el proyecto y la asignatura, fomentando su aprendizaje.

Si el nmero de matriculados de la asignatura lo permitiera, seria interesante encargar el mismo trabajo a varios grupos, y hacer una presentacin competitiva del producto, donde la mejor solucin fuese la ms premiada (mejor evaluada).

Esto permitira a los estudiantes ver diversas soluciones al mismo problema, y simular la interaccin entre empresas (permitiendo la alternativa de cooperar y repartir beneficios, o competir por el mejor resultado).

La realizacin prctica de su proyecto, es una importante fuente de motivacin para el estudiante. En nuestro caso, estas llantas tenan que incorporarse en el vehculo de la 20 Shell Eco Marathon, pero los plazos de entrega de los diversos proveedores lo impidieron.

6. Referencias. [1] Normativa Academica Especfica de lEUETIB EUETIB, Universitat Politcnica de Catalunya, 2003.

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