PROYECTO DOCENTE Cálculo, Diseño y Ensayo de Máquinas

Datos básicos de la asignaturaTitulación: Grado en Ingeniería de Tecnologías IndustrialesAño plan de estudio: 2010

Curso implantación: 2017-18Centro responsable: E.T.S. de Ingeniería

Nombre asignatura: Cálculo, Diseño y Ensayo de MáquinasCódigo asigantura: 2030042Tipología: OPTATIVACurso: 3Periodo impartición: Segundo cuatrimestre

Créditos ECTS: 6Horas totales: 150Área/s: Ingeniería MecánicaDepartamento/s: Ingeniería Mecánica y Fabricación

Coordinador de la asignatura

NAVARRO ROBLES ALFREDO DE JESUS

Profesorado

Profesorado del grupo principal:

NAVARRO ROBLES ALFREDO DE JESUS

Objetivos y competencias

OBJETIVOS:

Las asignaturas o disciplinas que forman la carrera de Ingeniería Industrial se

clasifican normalmente en dos tipos: básicas y aplicadas o tecnológicas. La asignatura

de Cálculo, Diseño y Ensayo de Máquinas se encuentra englobada dentro

de las aplicadas o tecnológicas, entendiendo por tales aquellas cuya finalidad es

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Última modificación 04/09/2020 Página 1 de 20

enseñar la utilización de unos conocimientos para un fin eminentemente práctico,

como es el diseño y proyecto de elementos de máquinas en el caso que nos

ocupa. Estas asignaturas también deben contribuir a desarrollar en el alumno

un modo de pensar y una actitud ante los problemas mecánicos propias de

un ingeniero, fomentando un pensamiento crítico y una capacidad creativa que

le permita buscar y desarrollar mejores soluciones a los problemas que se le

plantean.

La asignatura está concebida para alumnos de la intensificación Mecánica-

Máquinas cuya formación en Ingeniería Mecánica se va desarrollando a lo largo

de la carrera mediante toda una serie de asignaturas dedicadas a la Ingeniería

de Máquinas y cuyo objetivo global es dotar a los futuros ingenieros de los

conocimientos en las materias necesarias para poder realizar el estudio y diseño

de máquinas. Citemos Teoría de Máquinas, Tecnología de Máquinas, Bases

para el Diseño Mecánico, Cinemática y Dinámica de Máquinas, Ampliación de

Cinemática y Dinámica de Maquinas. Si bien la asignatura es la continuación

natural de algunas de las anteriores, los contenidos pueden ciertamente ser seguidos

con una relativa independencia, toda vez que el núcleo principal de la

asignatura es el estudio de los llamados elementos de máquina e instalaciones

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en máquinas: ejes de transmisión de potencia, rodamientos, cojinetes, acoplamientos,

correas, cadenas, engranajes, tornillos, etc.., por un lado e instalaciones

hidráulicas, neumáticas y eléctricas, por otro.

COMPETENCIAS:

Competencias específicas:

C7 Conocimiento de los principios de teoría de máquinas y mecanismos.

Casi todos los sistemas de transmisión de potencia mecánica incorporan

ejes y árboles. El diseño de estos elementos es por tanto de la mayor importancia.

La gran cantidad de factores que han de tomarse en consideración para su

cálculo, como por ejemplo la existencia de irregularidades geométricas (chaveteros,

cambios de sección), la actuación de cargas combinadas fluctuantes, limitaciones

en las deflexiones posibles, etc., pueden convertir el diseño de ejes en

un proceso relativamente complicado que será necesario presentar al alumno

de la manera más sistemática posible. Esta necesidad de una explicación clara

y detallada resulta más obvia cuando se tiene en cuenta que, al contrario que

otros muchos elementos de máquinas, los ejes y árboles no se pueden obtener

normalmente como componentes comerciales standard, sino que deben ser

diseñados en cada caso. El alumno debe por tanto aprender a fijar de forma

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realista y práctica los requerimientos de resistencia y rigidez que el eje deberá

satisfacer, determinar en consecuencia la geometría del mismo y seleccionar el

material adecuado. Esto se hará normalmente a través de un proceso iterativo

en el que, por ejemplo, una geometría y material inicial serán elegidos basados

en criterios de resistencia; a continuación se comprobarán las características

de rigidez y se modificará el diseño original en el sentido que sea necesario,

etc.. También se estudiaran las normas y procedimientos de cálculo de chavetas

y ajustes a presión, para garantizar la transmisión de los pares y esfuerzos

necesarios entre los distintos elementos montados sobre el eje.

Han de considerarse los distintos sistemas de soporte de ejes y dar las pautas

necesarias para la selección apropiada del medio de apoyo a utilizar. En la

asignatura se estudiaran tanto rodamientos como cojinetes hidrodinámicos. Se

trata de problemas en los que se produce la interacción de dos superficies en

movimiento relativo. Resulta claro que el estudio de este tipo de problemas tribológicos

debe ir precedido por una comprensión de la mecánica del contacto

entre sólidos a través de superficies curvas. Si los materiales fueran totalmente

rígidos el contacto sería puntual o lineal y la presión en el punto o línea de

contacto sería infinita. Sin embargo, los materiales son elásticos y se deforman

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debido a la presión, realizándose el contacto a través de una superficie y transmitiéndose

la fuerza mediante una determinada distribución de presiones. Este

es el clásico problema de Hertz. Se pondrá de manifiesto el diferente efecto

producido cuando las presiones de contacto son constantes en el tiempo (o la

variación se reduce a pocos ciclos de carga) y cuando el número de ciclos de

carga es considerable. En el primer caso el fallo superficial vendría motivado

por un exceso de deformación plástica, mientras que en el segundo caso el tipo

de fallo sería más bien debido al picado por fatiga superficial.

El estudio de los rodamientos se realiza desde un punto de vista eminentemente

práctico, centrándose la atención en el problema de selección del rodamiento.

Se consideran los tipos más apropiados para cada aplicación dependiendo

de las condiciones de apoyo, magnitud de las cargas y velocidad de giro.

Se presentarán al alumno los métodos de selección del tamaño recogidos en las

normas e incorporados en los catálogos de diversos fabricantes, haciéndole ver

las similitudes en el uso de conceptos generales como la duración o vida nominal,

la carga radial equivalente, el criterio de acumulación lineal del daño para

considerar la variabilidad de los regímenes de carga, etc.. Finalmente se hacen

algunas consideraciones sobre los procedimientos de montaje y fijación de los

de los rodamientos y sobre las necesidades de lubricación de los mismos.

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La introducción de una película fluida entre los elementos en contacto y con

movimiento relativo entre sí constituye la solución usual a gran número de problemas

tribológicos. A veces el lubricante se introduce en el contacto mediante

una presión externa, como es el caso de cojinetes hidrostáticos, mientras que en

otras ocasiones la geometría de las superficies, el propio movimiento relativo

entre las mismas y la viscosidad del fluido pueden ser suficientes para generar

una presión capaz de mantener una cierta separación entre los cuerpos. Este

es el caso de la lubricación hidrodinámica. El alumno llega a la asignatura que

nos ocupa con un conocimiento previo de los fundamentos de la teoría de lubricación

hidrodinámica adquirido en las asignaturas de Mecánica de Fluidos

de segundo y tercer curso. Por tanto, el enfoque que se dará a este tema en el

programa es más bien de carácter tecnológico. Por ejemplo, la ecuación de Reynolds

se discutirá sólo brevemente, centrándose la atención en las soluciones

prácticas de la misma, como las desarrolladas en el método de Raimondi-Boyd

para el diseño de cojinetes.

Los acoplamientos y juntas son usados para conectar dos ejes entre sí. La

aplicación más común es probablemente el conectar los ejes de dos máquinas

diferentes (generalmente unidades standard) para formar una máquina nueva.

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Hay una gran cantidad de acoplamientos disponibles comercialmente, por lo

que en general su selección puede hacerse en base a los datos suministrados

por el constructor. El alumno debe aprender a seleccionar el tipo de acoplamiento

requerido en cada aplicación. Por ejemplo, un acoplamiento rígido es

en general apropiado para conectar ejes en que la falta de alineamiento es mínima

y giran a velocidad relativamente baja. Si la falta de alineamiento fuera

grande se podrían producir cargas excesivas tanto en el eje y apoyos como en

el propio acoplamiento. En este caso sería más adecuado un acoplamiento flexible.

En cualquier caso el alumno debe conocer la existencia de ciertas normas

en que se discuten diversas especificaciones sobre condiciones de carga, velocidad,

mantenimiento, etc., requeridas para determinadas aplicaciones.

Las correas y cadenas ofrecen una gran versatilidad como órganos de transmisión

de potencia. Son especialmente adecuadas cuando las distancias entre

centros son grandes y la constancia de la relación de velocidades no es muy

importante. Una ventaja adicional es su capacidad para absorber vibraciones y

choques. Sin embargo, la mayor ventaja de estos elementos es probablemente

el ahorro en coste asociado con su uso en comparación con otros elementos

como, por ejemplo, engranajes. Tanto cadenas como correas se venden como

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componentes standard. La decisión sobre qué tipo de transmisión flexible usar

depende de diversos factores como la velocidad de operación, potencia a transmitir,

distancia entre centros, necesidad de resistencia a cargas súbitas, consideraciones

de mantenimiento, lubricación, fiabilidad, coste, etc..

El estudio de las transmisiones por engranajes se comienza por el análisis

cinemático: perfiles conjugados, condición de engrane, recubrimiento e interferencia.

A continuación se trata la determinación de las fuerzas sobre los dientes

de los distintos tipos de engranajes, cuyo cálculo es fundamental para el dimensionado

correcto de las ruedas. Se presentan los métodos de dimensionado considerando

la posible rotura de los dientes y el efecto de la presión superficial

a que están sometidos, resaltando las limitaciones y el carácter aproximado y

empírico de los coeficientes empleados y enlazando la base teórica de los mismos

con los conceptos introducidos en la sección previa del programa. Para

finalizar los temas dedicados a engranajes se estudia la cinemática, dinámica y

aplicaciones de los trenes de engranajes, tanto de ejes fijos como epicicloidales

simples y compuestos.

El último tema relativo a elementos de máquinas previsto en el curso se

dedica al estudio de uniones atornilladas. El diseñador debe estar familiarizado

con los diferentes tipos de elementos comerciales y sus características. Existe

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una amplia gama de componentes normalizados, lo que facilita la utilización

de tornillos en condiciones de trabajo muy variadas. Otra ventaja importante

es la alta fiabilidad de las uniones por la facilidad de fabricación y control de

las características de resistencia y tolerancias.

De cara a su utilización en el diseño de máquinas hay una serie de factores

que requieren una cuidadosa atención, como son los efectos del tensado previo,

cálculo de la rigidez efectiva de las piezas a unir, la excentricidad de la carga,

comportamiento a fatiga, etc..

También se considerará la utilización del tornillo como elemento transmisor

de movimiento, por ejemplo en los husillos guía, y como elemento transmisor

de fuerza, para producir grandes esfuerzos longitudinales mediante pequeñas

fuerzas periféricas.

En lo relativo a las instalaciones en máquinas, el propósito de la asignatura

es conseguir que los alumnos adquieran un conocimiento eminentemente tecnológico

y práctico de las transmisiones por fluidos y automatismos eléctricos

aplicados al gobierno y automatización de las máquinas. Especial importancia

se presta al estudio comparado de los sistemas electromecánicos, hidráulicos

y neumáticos, obtenido mediante el conocimiento de las peculiaridades, ventajas

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e inconvenientes de cada uno de ellos, permitiendo a los alumnos juzgar

sobre la conveniencia de aplicación de los mismos en cada caso concreto. Por

ello, se comienza mediante un estudio comparado de las transmisiones mecánicas,

hidráulicas y neumáticas atendiendo a criterios de fuerza, velocidad,

irreversibilidad, sincronismo, precisión, resistencia a las sobrecargas, flexibilidad,

compacidad,mantenimiento, rendimiento y costo global y se proporcionan

ejemplos numéricos de cada caso.

A continuación, se entra en el estudio propiamente de transmisiones por

fluidos, empezando por los aspectos generales de las instalaciones de accionamiento

por fluidos, tanque, elementos generadores y conservadores de energía

fluida, tuberías, simbología y esquemas. Luego se presta atención a los elementos

generadores y conservadores de energía fluida, como bombas (de engranajes,

de paletas, de pistones radiales y axiales, etc.). Se enseña el cálculo de la

potencia requerida para el accionamiento de una bomba. Se estudian los motores

hidráulicos como variante de las bombas y los acumuladores, su tipología y

cálculo de instalaciones con acumuladores.

Se continua con el estudio de válvulas direccionales, válvulas de dos, tres,

cuatro y cinco vías, válvulas de dos y tres posiciones, distribuidores manuales,

electroválvulas directas y pilotadas, válvulas proporcionales y servoválvulas.

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También se estudian la válvulas reguladoras de presión, limitadoras de presión

de tipo directo, diferencial y pilotado y su diagrama característico, válvulas de

puesta en vacío, válvulas de secuencia, etc. Y, lógicamente, válvulas reguladoras

de caudal, con y sin compensación por presión y estranguladores.

Finalmente, se aborda el estudio de las instalaciones eléctricas en máquinas,

con temas que van desde el estudio de las fuentes de energía corrientemente

utilizadas en la industria hasta la utilización de automatismos eléctricos para

el control y gobierno. Se presta especial atención a la selección de motores

eléctricos, estudiándose las curvas de par y de intensidad y el cálculo de potencias

e intensidades, curva de sensibilidad, el arranque y protección de motores

y los elementos de mando como contactores y relés térmicos, interruptor

magnetotérmico e interruptor diferencial. Se describen y analizan las redes de

distribución interna, los cuadros eléctricos y los componentes, simbología y esquemas,

el escalonamiento de protecciones y los materiales utilizados en los

aislamientos de baja tensión. También se revisan diversos sensores de posición

mecánicos, magnéticos, inductivos, capacitivos y ópticos y encoder incrementales

y absolutos. La última parte se dedica a la presentación de automatismos

eléctricos: lógica cableada y lógica programada, criterios de selección del sistema

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de mando y autómatas industriales.

Competencias genéricas:

COMPETENCIAS INSTRUMENTALES

1. Capacidad de análisis y síntesis.

2. Capacidad de organizar y planificar.

3. Conocimientos generales básicos.

4. Conocimientos básicos de la profesión.

5. Comunicación oral y escrita en la propia lengua.

6. Conocimiento de una segunda lengua.

7. Habilidades básicas de manejo del ordenador.

8. Habilidades de gestión de la información.

9. Resolución de problemas.

10. Toma de decisiones.

COMPETENCIAS INTERPERSONALES

1. Capacidad crítica y autocrítica.

2. Trabajo en equipo.

3. Habilidades interpersonales.

4. Capacidad de trabajar en un equipo interdisciplinar.

5. Compromiso ético.

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COMPETENCIAS SISTÉMICAS

1. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.

2. Habilidades de investigación.

3. Capacidad de aprender.

4. Capacidad para generar nuevas ideas (creatividad).

5. Habilidad de trabajo autónomo.

6. Diseño y gestión de proyectos.

7. Iniciativa y espíritu emprendedor.

8. Preocupación por la calidad.

9. Motivación de logro.

Contenidos o bloques temáticos

1. EJES DE TRANSMISION DE POTENCIA

2. RODAMIENTOS

3. ACOPLAMIENTOS Y JUNTAS

4. FRENOS Y EMBRAGUES

5. ORGANOS FLEXIBLES DE TRANSMISION DE POTENCIA

6. ENGRANAJES

7. UNIONES ATORNILLADAS

8. INSTALACIONES HIDRÁULICAS EN MÁQUINAS

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9. INSTALACIONES ELECTRICAS EN MÁQUINAS

Relación detallada y ordenación temporal de los contenidos

Los contenidos de la asignatura se estructuran en los dos grandes bloques siguientes, que se

imparten uno a continuación del otro:

1. ELEMENTOS DE MÁQUINA (Ejes, rodamientos, ajustes, etc.)

2. INSTALACIONES HIDRÁULICAS EN MÁQUINAS (Circuitos, válvulas, bombas, cilindros, etc.)

Actividades formativas y horas lectivas

Actividad Créditos Horas

B Clases Teórico/ Prácticas 4,5 45

E Prácticas de Laboratorio 1,5 15

Metodología de enseñanza-aprendizaje

Clases teóricas

Clásica. Exposición en pizarra y realización de problemas de ejercicios, problemas y casos

prácticos por grupos con la supervisión del profesor.

Prácticas de Laboratorio

Durante el curso se realizarán diversas prácticas para estudiar determinados

problemas de diseño mecánico relacionados con los elementos de máquinas

estudiados. Complementariamente se llevarán a efecto una serie de montajes

reales en el banco de prácticas electro-oleohidráulicas existente en el laboratorio

de la Escuela

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Sistemas y criterios de evaluación y calificación

El examen constará de una serie de problemas sobre las materias del curso,

incluyendo los conceptos desarrollados en las prácticas.

Criterios de calificación del grupo

PLAN DE CONTINGENCIA PARA EL CURSO 2020/2021

Nota preliminar:

En aras de compatibilizar las obligaciones docentes, en cualquiera de los nuevos escenarios

previstos para el próximo curso académico, con los derechos en materia de la Ley de Propiedad

Intelectual, de la Protección Civil del Honor, de la Intimidad y de la Propia Imagen, y de Garantía de

los Derechos Digitales, se hace constar aquí expresamente que:

"En el escenario multimodal y/o no presencial, cuando proceda, el personal docente implicado en la

impartición de la docencia de esta asignatura se reserva el derecho de no dar el consentimiento

para la captación, publicación, retransmisión o reproducción de su discurso, imagen, voz y

explicaciones de cátedra, en el ejercicio de sus funciones docentes, en el ámbito de la Universidad

de Sevilla."

"ESCENARIO MULTIMODAL O MIXTO" (A)

Primará siempre, sobre cualquier otra consideración, la seguridad sanitaria de los alumnos y

profesores. Por ello,

se asegurará siempre la mínima distancia de seguridad entre personas de forma que si hay espacio

suficiente en el aula, y si se pueden garantizar las medidas higiénicas y profilácticas adecuadas

para prevenir en lo posible los contagios, las clases de teoría y problemas serán presenciales; si no

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hubiera espacio suficiente o no se pudieran garantizar las medidas de seguridad, las clases de

teoría y problemas se darán de forma telemática mediante Blackboard Collaborate Ultra. Se

rechaza expresamente que parte de los alumnos estén en el aula y parte atendiendo de forma

telemática, pues se estima que ese procedimiento induce una rotación totalemente indeseable para

la marcha del curso, además de originar discriminación y desigualdades totalmente injustas entre el

alumnado.

Las prácticas en el laboratorio están encaminadas a familiarizar a los alumnos con el

funcionamiento de los circuitos hidráulicos y electrohidráulicos en máquinas. En tanto en cuanto se

pueda, dada la naturaleza de los equipos necesarios para desarrollarlas, lo que puede afectar al

matenimiento de las condiciones de seguridad ante contagio (por la necesidad constante de

limpieza y desinfección, por ejemplo), las prácticas serán presenciales, pero se reducirá el número

de alumnos en cada grupo en función del espacio disponible para mantener las distancias y

medidas de seguridad.

De nuevo, siempre que sea posible por los motivos ya abundantemente explicados, la evaluación se

hará mediante un examen presencial. Si no fuera posibe, se haría a través de Enseñanza Virtual, al

igual que en el curso 2019-2020.

El contenido de la asignatura no cambia.

"ESCENARIO NO PRESENCIAL" (B)

Las clases de teoría y problemas serán telemáticas mediante Blackboard Collaborate Ultra.

Las prácticas en el laboratorio están encaminadas a familiarizar a los alumnos con el

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funcionamiento de los circuitos hidráulicos y electrohidráulicos en máquinas. En el caso de un

escenario de enseñanza no presencial, se sustituirían por una explicación detallada y

pormenorizada de dichos circuitos en sesiones mediante Blackboard Collaborate Ultra y con apoyo,

hasta donde sea posible, de videos explicativos.

La evaluación se hará mediante un examen, a través de Enseñanza Virtual, al igual que en el curso

2019-2020.

El contenido de la asignatura no cambia.

Horarios del grupo del proyecto docente

http://www.etsi.us.es/academica

Calendario de exámenes

http://www.etsi.us.es/academica

Tribunales específicos de evaluación y apelación

Presidente: CARLOS NAVARRO PINTADO

Vocal: FRANCISCO JAVIER MARTINEZ REINA

Secretario: VICTOR MANUEL CHAVES REPISO

Suplente 1: JUANA MARIA MAYO NUÑEZ

Suplente 2: ROSARIO CHAMORRO MORENO

Suplente 3: FEDERICO CARLOS BURONI CUNEO

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Bibliografía recomendada

INFORMACIÓN ADICIONAL

- Normas UNE, ISO, BS, DIN, ASME, AGMA.

- ESDU: Engineering Science Data Unit.

- Techniques de l?Ingenieur.

- Catálogos de fabricantes.

- PALGREM, A.

?Técnica de los Rodamientos de Bolas y de Rodillos"

SKF, 1947

2

- ESCHMANN / HASBARGEN / WEIGAND

?Ball and Roller Bearings. Their Theory, Design, and Application"

FAG, 1958

- WAN CHANGSEN

?Anlysis of Rolling Element Bearings"

Mechanical Engineerig Publications Ltd., 1991

- RAMON MOLINER, P.

?Engranajes"

CPDA E.T.S.I.I. Barcelona, 1980

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- HENRIOT, G.

?Traite Theorique et Practique des Engranages"

Dunod, 1968

- CAMPABADALL, J.

?Engranajes"

Ariel, 1969

- DUDLEY, D.W.

?Manual de Engranajes. Diseño, Manufactura y Aplicación de Enganajes"

CECSA, 1973

- DUDLEY, D.W.

?Handbook of Practical Gear Design"

McGraw-Hill, 1984

- LYNWANDER, P.

?Gear Drive Systems. Design and Application"

Marcel Dekker, Inc., 1983

- BICKFORD, J.H.

?An Introduction to the Design And Behaviour of Bolted Joints"

Marcel Dekker, 1981

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- DECKER, K.H.

?Elementos de Unión"

Urmo, 1980

- BLAKE, A.

?Design of Mechanical Joints"


- KULAK, G.L. / FISHER, J.W. / STRUIK, J.H.A.

?Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints"

John Wiley & Sons, 1987

- DUGGAN, T.V.

?Power Transmission and Vibration Considerations in Design"

Iliffe Books, 1971

- MANCUSO, J.R.

?Couplings and Joints"


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