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Campo DC Valor Lengua/Idioma
dc.coverage.spatialMéxico-
dc.coverage.temporal2012-2015-
dc.date.accessioned2020-03-03T15:08:43Z-
dc.date.available2020-03-03T15:08:43Z-
dc.date.issued2012-
dc.identifier.urihttp://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5380-
dc.description.abstractSi bien el estudio científico de la fricción se puede trazar al inicio del renacimiento (Da Vinci), la tribología (del griego tribos, frotamiento), como una disciplina de la ingeniería, se ha definido alrededor de los años 1950. El campo abarca el estudio de desgaste, fricción y las medidas para minimizar dichos efectos. A pesar de su importancia para la formación de los ingenieros mecánicos, no se ha contemplado hasta la fecha su incorporación en algún plan de estudios de esta Universidad. Otras disciplinas, cuyo origen se traza a la misma época (robótica, automatización), se consideran hoy en día como partes indispensables de la formación de los ingenieros mecánicos. Considerando lo anterior, se pretende introducir el estudio de la tribología como una parte de la carrera de ingeniero mecánico, con la esperanza que impacte de manera indirecta en otras áreas de la UNAM (ingeniería química-metalurgista, ciencia de materiales) y en el mundo ibero-americano en general a través de los productos generados en el proyecto. Es importante indicar que la tribología es un campo altamente multidisciplinario: se requiere un conocimiento fundamental en el estudio de la mecánica de los medios continuos (líquidos y sólidos), la elasticidad, plasticidad, mecánica de contacto y de fractura, a la vez de contar con conocimientos bastante avanzados de la metalurgia física, mecánica y química. Los buenos alumnos de la carrera de Ingeniería Mecánica reúnen estos conocimientos a final de su carrera. Por lo tanto, y por el hecho de que la materia no está prevista en el plan de estudios, se pretende en un inicio generar un curso que se puede impartir como materia opcional o como un tópico selecto de la ingeniería mecánica. Se contempla una materia donde la teoría se complementa con una serie de laboratorios: esto implica 64 horas de teoría y 16 sesiones de laboratorio de 2 horas, en las cuales se elaborarán un total de 8 proyectos experimentales. La parte teórica se dividirá en tres partes: la primera servirá para impartir los conceptos teóricos fundamentales necesarios para entender el campo multidisciplinario que es la tribología. La segunda parte estudiará los aspectos que típicamente se asocian con la ingeniería mecánica como la caracterización de superficies y la lubricación. La tercera parte se enfocará en los mecanismos de desgaste, los cuales involucran más específicamente el estudio de la ciencia de materiales en todos sus aspectos. Los dos objetivos principales en términos de productos generados son una serie de sesiones de laboratorio documentados en un manual y un libro de texto que elabora los conceptos enseñados a nivel licenciatura-maestría. A pesar de la gran cantidad de libros que existen en el área, sólo unos pocos cubren la disciplina a este nivel y aún así, la mayoría no logra generar una visión suficientemente amplia del tema, ya que cada autor tiende a enfocarse en su área de especialidad. En términos de textos en español, no se tiene conocimiento de traducciones o obras originales de calidad que tratan la tribología de un punto de visto didáctico. Evidentemente, la elaboración de las sesiones prácticas servirá para la capacitación de tesistas a nivel licenciatura y el libro servirá como base de estudio para estudiantes que pretenden elaborar su proyecto de investigación en el ámbito, tanto a nivel licenciatura como maestría.-
dc.description.sponsorshipDirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA)-
dc.languagees-
dc.rightsTodos los derechos son propiedad de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)-
dc.titleTribología para Ingenieros-
dc.typeProyecto PAPIME-
dcterms.bibliographicCitationSchouwenaars F Rafael; (2012). Tribología para Ingenieros. (Proyecto PAPIME). Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA). UNAM México-
dcterms.provenanceFacultad de Ingeniería-
dc.identifier.papimePE103312-
dc.contributor.responsibleSchouwenaars F., Rafael-
dc.description.objectiveEl objetivo general del proyecto es establecer las bases para que se imparta un curso de tribología en los últimos semestres de la carrera de Ingeniería Mecánica, en forma de un curos de teoría acompañado con una serie de laboratorios que ilustran los conceptos teóricos principales. Como parte de este objetivo, se analizará la mejor manera de presentar la teoría bajo un enfoque uniformizado, de tal manera que los diferentes aspectos de la tribología, como son la mecánica de fluidos, mecánica de sólidos (elasticidad, mecánica de contacto, mecánica de fractura, plastidad) y los fundamentos de la ciencia de materiales se pueden estudiar con base en los mismos conceptos de la algebra y del cálculo tensorial. Se editará un libro de texto que implementa esta visión y que tiene como objetivo presentar la obra base para los estudiantes que se interesan para la tribología en el área ibero-americano. Se elaborará una serie de prácticas de laboratorio que permiten un entendimiento práctico de los conceptos enseñados en la teoría y que servirán de base para que los alumnos incorporados en el proyecto desarrollen su servicio social y su tesis de licenciatura, así como para poner la base para futuros proyectos de titulación a nivel licenciatura.-
dc.description.hypothesisLa hipótesis fundamental del proyecto es que la ausencia del tema de tribología en el programa de estudios de ingeniero mecánico deja sin cubrir un área de conocimiento de suma importancia para el desarrollo profesional de los egresados de esta carrera. En complemento, no sólo se puede cubrir esta área mediante una materia bien diseñada, sino también se presenta la oportunidad de sintetizar, en un sólo curso, una gran serie de conocimientos que el alumno habrá adquirido en semestres anteriores. Considerando la naturaleza multidisciplinaria de la tribología, queda claro que esta materia tiene que impartirse en los últimos semestres y que, al no formar parte del plan de estudios actual, se tendrá que impartir como una materia opcional o un tópico selecto de la ingeniería mecánica. Una segunda hipótesis es que la importancia de la tribología va más allá que la formación de ingenieros mecánicos, ya que tanto en el área de la ingeniería química-metalurgista, la física, la ciencia de materiales y la microelectrónica es importante esta disciplina, por lo que se tiene que generar el medio para que los alcances de este esfuerzo didáctico se difunden en estas áreas. Por lo tanto, se generará un libro de texto que permite el estudio autónomo de este tema, en español y enfocado a alumnos de licenciatura e inicio de estudios de posgrado. La experiencia del responsable permite formular la hipótesis adicional que existen suficientes puntos comunes en las diferentes subdisciplinas de la tribología que permiten una aproximación unificada en la enseñanza del tema, en vez del listado de temas independientes que se encuentra en muchos libros sobre el tema. De punto de vista didáctica y, para permitir que los alumnos participantes desarrollen su tesis de licenciatura, es importante complementar la parte teórica con una parte práctica, por lo que se necesitan desarrollar las sesiones de laboratorio que ilustren los conceptos enseñados en la teoría.-
dc.description.strategiesLa mayoría de los alumnos en los últimos semestres de la carrera ingeniería mecánica tienen buenos conocimientos de la mecánica del medio continuo y de la ciencia de materiales. Tanto los fluidos como los sólidos se han estudiado desde un enfoque unificado del álgebra y cálculo tensorial. Con base en la definición de los conceptos de desplazamiento y campo de velocidades se obtienen los tensores de deformación, vorticidad y velocidad de deformación. Introduciendo el concepto de tensor de esfuerzos, se obtienen las tres ecuaciones de conservación. Para unir los conceptos de continuidad del campo de velocidades con el equilibrio de esfuerzos, se introducen las ecuaciones constitutivas. Para los fluidos estudiados, basta con el concepto de medios Newtonianos. Para los sólidos, se tiene que estudiar la elasticidad lineal y los conceptos básicos de la plasticidad. Lo anterior es suficiente para obtener la ecuación de Reynolds, la cual forma la base para los cálculos de la lubricación como la del cojinete plano o la de Ocvirk y Sommerfeld. En la investigación y el desarrollo de sistemas tribológicos, estos resultados ya no se usan, pero su estudio es esencial para entender cómo funciona la lubricación de un punto de vista teórico. Las ecuaciones de equilibrio y compatibilidad permiten obtener la ecuación biharmónica para el estudio de las funciones de Airy. Hay dos tipos de soluciones que permitan que el alumno encuentre, de manera fácil y general, la relación entre la teoría matemática y las aplicaciones teóricas. La primera consiste de la solución general de la ecuación biharmónica en términos de series de Fourier en el sistema cartesiano o la solución de Mitchell para coordenadas polares cilíndricas . La solución de Mitchell permite el estudio de problemas de desgaste en componentes cilíndricos, con varios ejemplos importantes, a la vez de formar la base para el estudio de las grietas y dislocaciones. Más general aún es el uso de las funciones de Green en coordenadas cilíndricas y polares. Éstas cubren su importancia en el estudio de la mecánica de contacto. La cantidad de soluciones que se pueden generar, aprovechando la disponibilidad de paquetería matemática comercial, es sorprendente. Las funciones de Green también permiten correcciones básicas a las soluciones elásticas de la mecánica fractura. La plasticidad es un caso que, a pesar de obedecer las mismas ecuaciones fundamentales, se apega menos a la visión unificada antes mencionada. Sin embargo, el criterio de Von Mises, considerado como un criterio que relaciona la deformación plástica con la norma del desviador de esfuerzos presenta la posibilidad de presentarse dentro del análisis tensorial de la mecánica del medio continuo sin requerir de manipulaciones extraordinarias de la teoría. Este criterio es de importante para el entendimiento del contacto elastoplástico y el papel de la fricción en la degradación de superficies metálicas. Un último tema de importancia es el estudio de las superficies. Las superficies determinan la fricción y su caracterización física, tanto en estado puro como bajo efecto de contaminantes adsorbidas, es importante en el estudio de la tribología. La relación entre estos fenómenos, la curva de Stribeck y el desgaste adhesivo son importantes para el entendimiento de los mecanismos de desgaste. Además, la caracterización de la rugosidad de una superficie, la cual es esencial para un ingeniero mecánico, no se cubra en ningún otro curso pero encuentra un lugar perfecto en el estudio de la tribología. Finalmente, en esta área se tiene que cubrir también la medición de dureza, la cual pertenece también al estudio de la plasticidad. Para las sesiones de laboratorio, se elaborarán ocho temas que cubrirán un promedio de dos sesiones, con su manual correspondiente. Se cuenta con un laboratorio de metalografía, microscopios ópticos y un microscopio electrónico, con lo que se pueden cubrir dos temas que hacen referencia al análisis-
dc.description.goalsPrimer año Elaboración de la introducción y las bases teóricas generales para el libro de texto que servirá de guía para la parte teórica de la materia. Esto incluye Introducción, Resumen de los conceptos generales de la mecánica del medio continuo, Fluidos Newtonianos y ecuación de Reynolds, Soluciones elásticas: expresión en series harmónicas, Soluciones elásticas: funciones de Green, Aplicación a fracturas, Aplicación a problemas de contacto, Plasticidad: la escala cristalina, Plasticidad: el medio continuo. Elaboración de tres series de ensayos de laboratorio: Medición de rugosidad: métodos de contacto y métodos ópticos, Microdureza: Vickers, curvas de indentación y su interpretación y Coeficiente de fricción y leyes de Amontons. Esto incluye la adquisición del equipo para medición óptica de la rugosidad como un fenómeno de superficie (la medición mecánica se lleva a cabo a lo largo de una línea, lo cual causa la pérdida de gran parte de la información relevante), así como la construcción de un sistema que permite medir el coeficiente de fricción en seco sin incurrir en efectos de deformación plástica. Modificación de la construcción del tribómetro coaxial existente para permitir una medición precisa de la fricción bajo condiciones de deformación plástica incipiente. Se titulará un alumno de licenciatura en un tema relacionado con el desarrollo de los laboratorios de tribología que formarán parte de la materia. Se publicará un artículo en revista internacional relativo al avance del proyecto. Se presentarán los primeros resultados en un congreso nacional, aprovechando la oportunidad para conocer los avances de otros tribólogos en México. Segundo año Elaboración de la parte específica de la tribología para el libro de texto que servirá de guía para la parte teórica de la materia. Esto incluye Caracterización de superficies, Fricción y adhesión, Agrietamiento superficial: fatiga y ludimiento, Capas tribológicamente modificadas, Impacto, Abrasión, Corrosión y Efectos de la corrosión en la tribología. Elaboración de un tribómetro que permite determinar la curva de Stribeck (transición entre lubricación de frontera a hidrodinámica) mediante un sistema de cilindro sobre plano, instrumentado para el registro continuo de la carga aplicada y el torque requerido para la rotación del cilindro. Elaboración de tres series de sesiones de laboratorio: Curvas de Stribeck, Formación de capas tribológicamente modificadas y Análisis de daño en contacto rodante, utilizando para el primer ensayo el tribómetro de cilindro sobre plano y para el segundo el tribómetro coaxial. Considerando la dificultad de ensayar la fatiga en elementos rodantes, la tercera práctica consistirá de un análisis de falla de rodamientos retirados de uso por razones de desgaste. Se titulará un alumno de licenciatura en un tema relacionado con el desarrollo de los laboratorios de tribología que formarán parte de la materia. Se publicará un artículo en revista internacional relativo al avance del proyecto. Se presentarán los avances del proyecto en el congreso mundial Wear of Materials, el cual se organizará en abril del 2013 en Portland, Oregon. Tercer año Corrección y formalización del libro de texto, con la inclusión de estudios de casos que ilustren los tópicos antes mencionados. Elaboración de las últimas dos prácticas de laboratorio, uno relativo al uso del clásico ensayo perno sobre disco, para el cual se tiene que adquirir una expansión del sistema de medición óptica de rugosidad e indentación instrumentada. El segundo consistirá nuevamente de un análisis de falla de una pieza que muestra desgaste acelerado por efecto de un medio corrosivo. Estas piezas pueden variar de un semestre a otro, por lo que la parte correspondiente del manual de laboratorio explicará la metodología más que una técnica especifica, como es el caso de las otras seis prácticas. Se titulará un alumno de licenciatura en un tema relacionado con el desarrollo de los-
dc.description.goalsAchievedSe resumirán las metas logradas de los tres años, uniéndolos bajo los tópicos de libro de texto, guía de laboratorio, desarrollo y adquisición de equipo, formación de recursos humanos, producción científica y divulgación. Hasta el momento se han redactado 200 páginas del libro de texto, correspondiente a 8 capítulos de los 12 previstos. Por un lado, se había subestimado en un inicio el esfuerzo de redactar un libro completo, incluyendo sólo texto y figuras originales (por razones de derecho de autor), por el otro lado, el proyecto ha crecido desde su concepción, ya que se elaboraron los tópicos con mucha mayor profundidad de lo previsto originalmente y se tuvo la precaución de mantener una simbología uniforme a lo largo del texto, lo que requiere de una cautelosa revisión de fórmulas para garantizar su exactitud tanto en el área de sólidos (contacto y desgaste) como de líquidos (lubricación). Además, se tomó la precaución que la primera parte (revisión de todos los conceptos importantes de la mecánica de medio continuo) se puede utilizar también en el curso de Modelado de Procesos de Manufactura, el cual se imparte semestralmente, mientras que el curso de Tribología sólo se puede proponer como tópico selecto. El manual de prácticas para laboratorio está listo para su uso y las prácticas se pueden impartir en el momento de ser requerido. Los capítulos de Leyes de Amontons (no se ha logrado encontrar un tesista para este tema) y Curvas de Stribeck (Tres alumnos titulados pero el prototipo aún no es confiable) se sustituyeron por dos prácticas con el microscopio de fuerza atómica (AFM) adquirido en el proyecto CONACYT-SEP 168041. Se rediseño el tribómetro coaxial. Se publicó un artículo en congreso relativo a su uso y se envió un artículo a “Tribology letters” para divulgar el método. Se produjo un prototipo funcional para el tribómetro cilindro sobre plano, sin embargo, se requiere efectuar un rediseño para obtener un sistema robusto y confiable. Se expandió la consola de indentación instrumentada con sensor de fuerza lateral, profilómetro óptico y mesa rotatoria, permitiendo ahora la caracterización rugosidad en 3D, ensayos de ralladura y ensayos de perno sobre disco. Se integró el AFM con apoyo de CONACYT. Se titularon 7 alumnos de licenciatura en temas directamente relacionados con el proyecto. Se graduó un alumno de maestría y un segundo alumno está en las últimas correcciones de la tesis. En la propuesta original, la meta era un alumno de licenciatura por año. Se cuenta con 4 artículos publicados en revistas internacionales indexadas y dos enviadas (la meta era 3). Se publicaron tres artículos en extenso en congresos internacionales, presentándose los resultados en dos ponencias y un cartel (cumpliendo la meta), además de una ponencia en el departamento de Ingeniería de Materiales de la KULeuven, Bélgica.-
dc.description.areaÁrea 1. Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías-
dc.description.selfAssessmentEn lo general, se puede concluir que el proyecto fue un éxito. En términos de alumnos titulados, se superaron los objetivos. Las tesis asociadas al diseño y rediseño de prototipos así como el desarrollo de protocolos para nuevos experimentos de laboratorio representan un reto muy importante para los estudiantes de Ingeniería ya que les obliga enfrentar a sus propias limitaciones y utilizar su creatividad de una manera organizada. En este sentido, el valor didáctico de estas tesis es mayor que cuando se ejecutan experimentos según protocolos previamente definidos o cálculos numéricos con paquetería comercial. Las fallas inherentes al diseño de un prototipo son cosas con las que cada ingeniero se enfrenta en la vida real y son parte del proceso de innovación tecnológica. Mediante los prototipos elaborados y el equipo adquirido en este proyecto y en proyectos paralelos, se dispone ahora de un laboratorio de tribología relativamente extenso. Para fines didácticos, el labo se puede considerar completo. Para fines científicas, varios de los equipos ahora disponibles permiten ejecutar investigación de competencia internacional. Se puede en este contexto referir a los trabajos publicados en revistas y congresos internacionales. También en este ámbito se ha superado el objetivo. La importancia para la calidad de docencia en la Facultad de Ingeniería no se debe subestimar, ya que estos artículos corresponden a las investigaciones de tres alumnos de doctorado quienes a su vez son profesores de asignatura de la Facultad. En este sentido, el proyecto también tiene su impacto en la mejora continua del nivel académico de la planta docente y permite a los participantes ganar experiencia en la supervisión de trabajos de titulación a nivel de licenciatura. Como material didáctico, se elaboró un manual de laboratorio completo que está listo para usarse. Asimismo, el libro de texto tiene un avance de aproximadamente 66%. Aquí se puede considerar que la meta no se alcanzó, ya que se había esperado que el libro fuera completo al finalizar el proyecto. Sin embargo, se ha elegido trabajar con más calidad y profundidad de lo que originalmente se esperaba y el producto se puede completar en un futuro relativamente cercano. Tomando en cuenta la importancia de publicar un libro y el trabajo ya invertido, no sería razonable abandonar este objetivo. Asimismo, cabe indicar que en el plan de estudios actual no hay espacio para un curso de tribología, por lo que se tiene que impartir como un tópico selecto, lo que ha tenido poco éxito en los semestres pasados. En el nuevo plan de estudios, la materia aparecerá como opcional. De esta manera se alcanzará un público más amplio. El tiempo para que los alumnos del nuevo programa alcancen los últimos semestres marca el límite para completar el libro. Mientras tanto, se han utilizado los primeros cuatro capítulos como un apoyo para la materia Modelado de Procesos de Conformado, donde han estado de gran utilidad.-
dcterms.educationLevel.SEPLicenciatura-
dcterms.educationLevel.SEPnivel superior
dcterms.callforproject2012-
dc.subject.DGAPAIngenierías-
Aparece en las colecciones: 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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