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2018

Metodología para el Desarrollo de Proyectos Mecánicos

Prof. Ing. Javier E. Salomone Ing. Luciano Manavella Ing. Augusto A. Romero Onco Ing. Francisco J. Rodriguez Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Córdoba

Proyecto Final

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Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Córdoba

Titulo:

Metodología para el Desarrollo de Proyectos Mecánicos Rev.5

Autores:

Prof. Ing. Javier E. Salomone Ing. Luciano Manavella Ing. Augusto A. Romero Onco Ing. Francisco J. Rodriguez Lugar, Fecha:

Córdoba, 2018 Página 3

Proyecto Final

PROLOGO

Nuestra motivación al escribir estas sencillas notas fue la de dotar a los estudiantes de material bibliográfico de referencia para el desarrollo del Proyecto Final de la Carrera Ingeniería Mecánica de la Facultad Córdoba de la Universidad Tecnológica Nacional. El Proyecto Final tiene como objetivo desarrollar e integrar los conocimientos y formación adquiridos a lo largo de la carrera, promover la creatividad, iniciativa, eficiencia, metodología y criterio profesional en el futuro ingeniero en el área de su especialidad mediante la realización de un estudio innovador de carácter científico y/o técnico y/o económico sobre un tema realista. El material aquí presentado es el resultado de más de 15 años de experiencia tanto en la actividades profesionales como en la enseñanza especifica en las cátedras Cálculo, Diseño y Proyecto de Máquinas, Proyecto de Máquinas y Proyecto Final.

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AGRADECIMIENTOS

En primer lugar quisiéramos agradecer a nuestros maestros, quienes me han brindado sus saberes, dedicación y confianza a lo largo de tantos años. Ing. Bruno Ricardo Brocanelli. Ing. Jorge Elías Jazni. Ing. Walter José Domingo Cova.

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Proyecto Final

TABLA DE CONTENIDO PROLOGO ..................................................................................................................................... 4 AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................................... 5 TABLA DE CONTENIDO ................................................................................................................. 6 OBJETIVO DE LA MATERIA ........................................................................................................... 7 TERMINOS Y ABREVIATURAS ....................................................................................................... 8 DEFINICIONES............................................................................................................................. 10 INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... 13 ESTRUCTURA DEL PROYECTO..................................................................................................... 14 ESTUDIO DE VIABILIDAD. ........................................................................................................... 16 PROYECTO PRELIMINAR O ANTEPROYECTO .............................................................................. 30 PROYECTO FINAL O DETALLADO ................................................................................................ 40 ANEXO A..................................................................................................................................... 45 ANEXO B ..................................................................................................................................... 55

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OBJETIVO DE LA MATERIA El Proyecto Final tiene como objetivo desarrollar e integrar los conocimientos y formación adquiridos a lo largo de la carrera, promover la creatividad, iniciativa, eficiencia, metodología y criterio profesional en el futuro ingeniero, en el área de su especialidad, mediante la realización de un estudio innovador de carácter científico y/o técnico y/o económico sobre un tema realista.

OBJETIVO DEL DOCUMENTO El objetivo de este documento es ser una guía de referencia, de la cual se vale el alumno para conocer los temas desarrollados por la cátedra durante el año lectivo. Además, este documento describe la forma en que la cátedra evalúa el desarrollo del proyecto.

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Proyecto Final

TERMINOS Y ABREVIATURAS Ai:

Representación genérica de las diferentes “alternativas de solución”.

Xi:

Representación genérica de los diferentes criterios de evaluación elegidos.

FC:

Función criterio.

C.A.D.:

Diseño Asistido por Computadora

F:

Fuerza

m:

Masa

ac: MG :

Aceleración lineal Momento respecto del centro de gravedad

HG:

Tasa de cambio del momento

:

ω :

Velocidad angular Aceleración angular

Ix, Iy, Iz:

Momentos principales de inercia

N:

Coeficiente de seguridad

𝑎:

Coeficiente de elasticidad

𝑏:

Coeficiente de choque o servicio

𝜎:

Tensión normal

𝑐:

Margen real de seguridad

P:

Esfuerzo normal

A:

Sección transversal

𝜎𝑒 :

Tensión normal máxima dentro del campo elastico

𝜏:

Tensión tangencial

𝜀:

Alargamiento unitario

𝜏𝑒 : 𝜀𝑒 : E:

𝑊𝑡 :

𝑊𝑡𝑒 :

𝑊𝑑 :

Tensión tangencial máxima dentro del campo elástico

Alargamiento unitario máximo dentro del campo elástico Modulo de elasticidad longitudinal (modulo de Young) Trabajo total de deformación Trabajo total de deformación dentro del campo elástico Trabajo de distorsión

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𝑊𝑑𝑒 :

𝜇:

Trabajo de distorsión máximo dentro del campo elástico Coeficiente de Poisson

𝜏𝐺 :

Tensión tangencial octaédrica

𝜎𝑖 :

Tensión de impacto

𝜏𝐺𝑒 :

𝜎𝑡 : h:

Tensión tangencial octaédrica máxima dentro del limite elastico

Tensión de trabajo Altura de impacto

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Proyecto Final

DEFINICIONES 1. NECESIDAD Se llamará necesidad a aquellas sensaciones de carencia, propias de los seres humanos y que se encuentran estrechamente unidas a un deseo de satisfacción de las mismas. Por ejemplo, la sed, el frío, el hambre, un logro, un afecto, el poder, la realización personal, son algunas de las necesidades más comunes que los seres humanos, seguramente, experimentaremos aunque sea una vez en la vida porque están en nuestra naturaleza humana.

2. PRODUCTO Un producto es un conjunto de características y atributos tangibles (forma, tamaño, color...) e intangibles (marca, imagen de empresa, servicio...) que el comprador acepta, en principio, como algo que va a satisfacer sus necesidades.

3. PROYECTO MECANICO El proyecto mecánico es una metodología que agrupa conocimientos científicos, para satisfacer necesidades y lograr la solución acotada del mismo, de manera que sea funcional, económica y satisfactoriamente correcta. La razón de un proyecto es alcanzar objetivos específicos dentro de los límites que imponen un presupuesto, calidades establecidas previamente (especificaciones) y un lapso de tiempo previamente definido. Surge como respuesta a una necesidad y finaliza cuando se obtiene el resultado deseado, desaparece la necesidad inicial, o se agotan los recursos disponibles.

4. DISEÑO Es el proceso de aplicar diversas técnicas y principios científicos con el objeto de definir un dispositivo o un proceso con suficiente detalle para permitir su realización.

5. METODOLOGIA Conjunto de procedimientos basados en principios lógicos, utilizados para alcanzar un objetivos que rigen en una investigación científica o en una exposición doctrinal. Es importante aclarar que el término método se utiliza para el procedimiento que se emplea para alcanzar los objetivos de un proyecto y la metodología es el estudio del método.

6. COMITENTE Dícese de la persona que encarga a otra persona, a un grupo de personas o a una empresa, un trabajo, un proyecto, una investigación, etc. Esta persona es quien plantea la necesidad a resolver.

7. PROYECTISTA Dícese de la persona que por pedido del comitente se encargada del estudio y desarrollo de un proyecto de ingeniería.

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8. INVENTIVA La creatividad, denominada también inventiva, pensamiento original, imaginación constructiva, pensamiento divergente o pensamiento creativo, es la generación de nuevas ideas o conceptos, o de nuevas asociaciones entre ideas y conceptos conocidos, que producen soluciones originales. Esta facultad creadora es una cualidad única del ser humano.

9. ESTADO DEL ARTE Dentro del ambiente tecnológico industrial, se entiende como "estado del arte" o "estado de la técnica" todos aquellos desarrollos de última tecnología realizados a un producto, que han sido probados en la industria y han sido acogidos y aceptados por diferentes fabricantes.

10. EMPATIA Es la identificación y sentimiento personal de una persona a otra. También se conoce como inteligencia interpersonal, al ser la capacidad cognitiva, en un contexto común, de lo que otro individuo puede percibir.

11. ERGONOMÍA Es una disciplina científica relacionada con la comprensión de las interacciones entre humanos y otros elementos de un sistema, así como la profesión que aplica teoría, principios, datos y métodos para diseñar a fin de optimizar el bienestar humano y el rendimiento global del sistema.

12. PRECIO DEL PRODUCTO Es el dinero que debe abonar el consumidor para comprar un producto o servicio.

13. PROTOTIPO Primer ejemplar que se construye industrialmente de una máquina, vehículo, instalación industrial, etc. Éstos permiten ensayar el objeto antes de que entre en producción, detectar errores, deficiencias, etc. Cuando el prototipo está suficientemente perfeccionado en todos los sentidos requeridos y alcanza las metas para las que fue pensado, el objeto puede empezar a producirse.

14. INFORME TÉCNICO Es un documento que describe el progreso o los resultados de una investigación técnica, o el estado de un problema técnico. Un informe de este tipo debe presentar, sistemática o cronológicamente, información suficiente como para que un lector cualificado pueda juzgar, evaluar o proponer modificaciones a sus conclusiones o recomendaciones.

15. CAD Es todo sistema informático destinado a asistir al proyectista diseñador en su tarea específica.

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Proyecto Final

16. MÁQUINA Dispositivo que modifica una fuerza o un movimiento. Está formada por distintas partes interrelacionadas, las cuales se denominan elementos de máquina y son las encargadas de transformar energías, fuerzas, movimientos, etc.

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INTRODUCCIÓN

El proyecto es el proceso general mediante el cual el ingeniero aplica sus conocimientos, aptitudes y criterios, a la creación de maquinas, dispositivos, estructuras, procedimientos, procesos, etc. Las fases del proyecto y el orden en que se suceden, es la misma para casi todos los productos, variando su desarrollo en profundidad y extensión, según la importancia y modalidad de cada proyecto. Para la correcta resolución de un proyecto es necesario establecer un orden sistemático y cronológico de los distintos pasos a efectuar. Este orden permite un trabajo más eficiente, a la vez que la obtención de resultados que satisfagan las necesidades establecidas, dentro de los límites más exigentes. A este orden sistémico y cronológico de los pasos para concretar un proyecto se lo llama Proyecto mecánico.

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Proyecto Final

ESTRUCTURA DEL PROYECTO El proyecto comienza siempre con una realidad tangible, concreta, real a la cual hay que darle una solución. Esta realidad inicial la constituye las necesidades o problemas del proyecto, y el mismo debe concluir con otra realidad que es la obra realizada, por lo tanto el proyecto mecánico debe abarcar todas las fases necesarias para lograr tal objetivo. La ingeniería de proyectos trata específicamente del análisis y síntesis del denominado ciclo primario, constituido por las tres primeras fases del proyecto mecánico. Las fases del desarrollo dependen totalmente una de otra, y unas fases suelen estar condicionadas por las anteriores e influir sobre las posteriores, o sea, las fases no existen en forma individual, sino que están íntimamente relacionadas entre sí. Cada una de ellas forma una unidad semi-independiente que tiene vida propia y requiere de personal especializado para efectuarlas. Por otro lado, el ciclo secundario, también llamado ciclo de producción-consumo, trata la manera más adecuada de fabricar, distribuir, lograr un efectivo consumo y retirar del mercado el objeto de proyecto (producto). Este ciclo secundario es el que estudia en detalle la ingeniería industrial (métodos y tiempos, tecnología de fabricación, organización industrial, etc.). En el presente texto solo se desarrollará el ciclo primario.

PASOS O FASES EN EL PROCESO DE UN PROYECTO MECANICO Estudio de viabilidad CICLO PRIMARIO

Proyecto preliminar o Anteproyecto Proyecto final o detallado Producción Distribución

CICLO SECUNDARIO Consumo Retiro TABLA 1

La tabla 1 muestra claramente que la estructura de este proceso es secuencial y no iterativa, cualquier retroceso en los pasos, de una fase posterior a una anterior, se considera como un fallo del proyecto. En un proyecto de envergadura que abarca varios equipos de proyecto daría como consecuencia un colapso del proyecto o un enorme despilfarro de los recursos asignados al mismo. La importancia de completar cada fase antes de comenzar la siguiente, generalmente es necesario enfatizarla, porque sobre este principio se organiza el equipo de proyecto, incluyendo entre las fases, hasta posibles cambios de personal. Así cada fase tiene una entrada que es salida de la anterior. Las actividades que transforman las entradas en salidas de cada fase son variadas, pero estas fases relacionadas con las decisiones de proyectos, contienen todas o algunas de las actividades de la secuencia de decisión.

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En un proyecto se identifican dos estructuras distintas: una “vertical” con una secuencia de fase (ciclo primario, tabla 1), y otra “horizontal”, con procesos iterativos y cíclicos para la toma de decisiones. Aquí se examina en detalle las secuencias de decisión, es decir, las estructuras horizontales del desarrollo sistemático de un proyecto. La secuencia de decisión o el proceso de decisión, está definido como el método del acto de decidir para resolver problemas de proyectos. La actividad central de un proceso de decisión, contiene las siguientes etapas: 1. ANALISIS: Consiste en recoger y clasificar toda la información pertinente sobre el problema de proyecto. Es el esclarecimiento de las metas, objetivos, etc. Es la identificación de los problemas, la determinación de la naturaleza de las dificultades para el logro de los objetivos. 2. SINTESIS: La formulación de soluciones potenciales a ciertos aspectos del problema, es la generación de soluciones parciales y la combinación de las mismas en soluciones globalmente consistentes. 3. VALORACIÓN: Se denomina así, a la etapa en que se intenta juzgar con criterios determinados, cual de las soluciones factibles es la que resuelve más satisfactoriamente el problema. Es la optimización de una solución por medio de la evaluación. Desde luego ninguna teoría, ni práctica de proyecto está rigurosamente definida en una estructura tan simple, los conceptos y categorías son únicamente un esquema de ayuda con el fin de proporcionar cierto armazón para simplificar la tarea a los proyectistas noveles. Las secuencias de decisión se caracterizan por su carácter iterativo y cíclico, tienen ciclos de realimentación vitales y exigen que este trabajo se repita tan a menudo como sea necesario, dentro de los límites marcados por los recursos disponibles en cualquier fase del proyecto. En base a lo antedicho presentamos un método general para resolver problemas de proyecto de máquinas, referidos solamente al ciclo primario, o sea que debe concluir con la solución acotada de la máquina en proyecto.

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Proyecto Final

ESTUDIO DE VIABILIDAD. Indudablemente esta primera fase, es la que debe garantizar la vida del proyecto, es decir, que será aquí donde se deberán estudiar y analizar las probabilidades de existencia del proyecto en sí. El estudio de viabilidad debe permitir determinar si el proyecto que se inicia contiene suficientes elementos válidos para garantizar su vida posterior, antes de asignar más recursos humanos y económicos al mismo. Se la suele designar como la fase “vital” de un proyecto. Esta primera fase se compone de las siguientes etapas, según la estructura del proceso de decisión.      

FORMULACION INVESTIGACION PRELIMINAR ANALISIS DEL PROBLEMA INVESTIGACION FINAL GENERACION DE IDEAS VALUACION

1. FORMULACION Este es el comienzo, que surge con la detección de una o varias necesidades insatisfechas. El objetivo fundamental de un proyecto es satisfacer una necesidad, en consecuencia, el primer paso consistirá en la toma de conocimiento de la importancia de esa necesidad, su modalidad y las limitaciones a que probablemente se verá sujeto en su desarrollo, materiales, tecnologías, costos, etc.; interesa conocer tanto el problema en sí, como si vale la pena resolverlo, antes de lanzarse a considerar los detalles. Los objetivos principales de la formulación de un problema de ingeniería son: determinar si merece nuestra atención y obtener una buena perspectiva del mismo (conocerlo). Esta etapa, cuya importancia no suele verse con claridad, requiere solo una pequeña parte del tiempo total dedicado a un proyecto y asegura la marcha de las etapas futuras.

A. PROCEDIMIENTO PARA LA FORMULACION Para la formulación no hay reglas concretas y prácticas para su resolución, pero si hay, por cierto, reglas más o menos ventajosas o utilizables. Al comenzar, se debe expresar un términos generales el problema particular ignorando por el momento, los detalles y concentrándose en la identificación de los estados A y B, llamados estados de Entrada y Salida. Ej:

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ENTRADA

SALIDA

Nueces con cáscara

Nueces sin cáscara y empacadas para la venta

Viruta y residuos leñosos

Briquetas aptas para utilizar como combustible de estufas y calderas

Persona discapacitada motriz

Persona que se desplaza por sus propios medios por diversos lugares

Proceso de fabricación lento y con defectos de terminación en el producto obtenido

Proceso de fabricación con aumento de producción y sin defectos de terminación en el producto obtenido

TABLA 2

B. AMPLITUD DE LA FORMULACIÓN En general, hay que tratar de extender o ampliar la formulación de un problema de manera que incluya tanto del problema total como lo permita la situación económica y los límites de la organización de proyecto. Cuanto más se divide un problema en sub-problemas que deban ser resueltos por separado, menos efectiva será probablemente la solución total. “La amplitud extensión o alcance de una formulación es una decisión que debe tomar el proyectista”. La formulación es un punta de vista, o sea, la forma en que alguien lo concibe; por lo tanto es variable y depende fundamentalmente de quien lo hace. Esta razón hace que la etapa de formulación sea u...