Ámbitos De La Ingenieria Mecanica

Ámbitos de desarrollo de la ingeniería mecánica en el contexto social

Todos los países desarrollados tienen algún tipo de asociaciones relacionadas con la profesión de ingeniería mecánica. Se citan seguidamente aproximadamente por orden de antigüedad algunas asociaciones y sociedades que existen en el campo de la ingeniería mecánica; unas son nacionales y otras internacionales y con actividad e influencia diversas. Se puede decir que a fecha de hoy es ASME (American Society of Mechanical Engineering) la más conocida y con mayor influencia y difusión a nivel internacional, ya que pese a ser una asociación de los EEUU de América sin embargo tiene secciones y socios en todo el mundo a través de ASME International. También la asociación británica IMechE tiene una influencia directa y muy importante en la profesión de ingeniería mecánica en Gran Bretaña y en otros países de la Commonwealth. Otras de las citadas son de ámbito internacional o limitado a partes concretas de la ingeniería mecánica, como por ejemplo FISITA (automoción), IFToMM (teoría y ciencia de máquinas y mecanismos), IFR (robótica) o CIRP (fabricación). También se han incluido en la lista anterior los Colegios de ingeniería Industrial en España, ya que la ingeniería mecánica está considerada desde un punto de vista profesional como una parte de la ingeniería industrial y dichos Colegios han tenido, hasta el momento, una considerable influencia por ser quienes tutelan las profesiones con atribuciones profesionales reguladas por ley.

INGENIERÍA, TECNOLOGÍA Y CIENCIA

A fin de situar la Ingeniería Mecánica en un contexto adecuado, conviene aclarar algunos conceptos que en ocasiones se utilizan de forma incorrecta. Esto sucede sobre todo en el uso coloquial y poco informado de las palabras Ingeniería, Tecnología, Técnica y Ciencia. Siguiendo con la idea de definiciones sencillas, se puede decir que la Ingeniería en general es la profesión que se ocupa de idear, construir y utilizar “cosas” (máquinas, artefactos,dispositivos, ingenios) previamente no existentes en la naturaleza, o de adaptar las ya existentes, a fin de facilitar la vida y el desarrollo del ser humano individual o colectivamente. La Ciencia busca descubrir e interpretar los principios y leyes que rigen el universo y todo lo que contiene. La ingeniería es una profesión que, entre otros medios, utiliza los avances científicos cuando ello es posible, conveniente y rentable; pero ello no convierte a la Ciencia en Ingeniería ni viceversa. Por poner un ejemplo, Isaac Newton presentó en 1687 en su obra “Philosophiae Naturalis Principa Mathematica” la que denominó como Segunda Ley del Movimiento, los ingenieros la utilizan cotidianamente pero no se preocupan profesionalmente de por qué no se conoce aún una explicación del concepto inercia; ese es un tema que corresponde tratar de resolver a la ciencia, no a la ingeniería. Sin embargo, diseñar los álabes de una turbina, para lo cual se utiliza esa y otras leyes de la naturaleza, no es ciencia, es ingeniería. Por su parte, la Tecnología es el conjunto de conocimientos existentes sobre la aplicación de las leyes de la naturaleza para beneficio del ser humano. Finalmente, una técnica es un conjunto de reglas y procedimientos utilizados para conseguir un fin en una determinada actividad humana.

INGENIERÍA, INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

El desarrollo, fabricación y distribución de productos de alto valor añadido constituye el pilar central de la competitividad de cualquier empresa industrial en el mundo desarrollado y por ello de Europa y de España en concreto. Obsérvese que el término “país desarrollado” es sinónimo de país con economía fuerte y por ello con alto nivel medio de vida y bienestar de sus ciudadanos; a su vez, una economía fuerte depende de una industria fuerte y competitiva, capaz de exportar sus productos para incrementar la riqueza del país. Se puede argumentar que existen algunos países con buen nivel de vida, cuya actividad económica no está basada directamente en la actividad industrial. Pero se trata de unos pocos casos, con reducido número de habitantes, en los que sus economías dependen o bien de la existencia dentro de sus fronteras de recursos naturales muy demandados por países desarrollados o en actividades mercantiles y financieras con bienes procedentes de esos otros países, por tanto dependen también del desarrollo industrial, aunque ajeno en este caso. La actividad industrial, que implica exportación, es pues la que sostiene la base más sólida de la riqueza de los países desarrollados y es precisamente en la industria donde la ingeniería mecánica

tiene su razón de ser, su expresión y su realización final.

El mundo es cambiante, por lo que es evidente que el mantenimiento a medio y largo plazo de una actividad industrial competitiva requiere de un esfuerzo investigador en el cual la ingeniería mecánica tiene una parte también fundamental. No es posible hoy día esperar una economía nacional sólida que se base fundamentalmente en fabricar productos diseñados en el extranjero, pues cada día hay más países que se incorporan al mundo industrializado, en la mayoría de los cuales los costes de producción son más reducidos que en el nuestro. La creciente automatización de la producción, a la cual la ingeniería mecánica ha contribuido muy significativamente, hace además que la calidad de los productos dependa cada vez menos de las habilidades artesanales de los operarios, por lo que algunas empresas que instalan factorías en esos otros países pueden producir productos de aceptable calidad y obtener una buena rentabilidad. Es por ello que actualmente el mayor valor añadido se alcanza mediante la posesión, desarrollo y aplicación de tecnología avanzada, que se apoya en un esfuerzo de investigación, desarrollo e ingeniería continuado y fuerte. Los países y las empresas líderes son los que poseen las claves de la tecnología más avanzada, y son precisamente los mismos que dedican más dinero y esfuerzo a la formación, investigación y al desarrollo tecnológico en todos sus niveles. Actualmente, la supervivencia de un entramado industrial sólido, a medio y largo plazo, es imposible sin un suficiente esfuerzo, acertadamente dirigido, en formación e investigación.

A veces se produce una cierta confusión entre tres facetas de la actividad industrial como son la investigación, en sus diferentes niveles, desarrollo tecnológico e ingeniería propiamente dicha. La investigación científica pretende descubrir e interpretar las leyes de la naturaleza, no encontrándose dentro del ámbito de competencia directa de la ingeniería, por eso aquí no se hará referencia a ella. A la ingeniería sin embargo sí le compete la investigación tecnológica en todos sus niveles, que van desde la investigación básica a la aplicada, pasando por el desarrollo tecnológico y la ingeniería avanzada. La investigación en ingeniería está encaminada hacia la resolución rentable de problemas relacionados con la actividad industrial, en su más amplia acepción. La diferencia fundamental entre la investigación básica y la aplicada es la mayor o menor cercanía temporal de su posible utilización rentable en la industria, y por ello implícitamente el grado de influencia de

criterios económicos en la evaluación de la utilidad de los resultados. El buen fin de los temas de investigación básica y aplicada se alcanza en el momento en que sus resultados se transforman en desarrollos de nueva tecnología y finalmente en ingeniería de uso común; cuanto antes suceda esto y cuanto más útiles y asequibles sean sus resultados tanto más exitosa habrá resultado ser esa investigación.

Las líneas de investigación básica no producen resultados útiles a corto plazo, y por ello se financian usualmente mediante programas de organismos públicos regionales, estatales o europeos, quienes marcan unas líneas orientativas a apoyar de manera preferente, pero que deberían tratar de no coartar la amplitud de conocimientos que se puedan llegar a generar. Así mismo es importante que se distinga entre investigación científica e investigación tecnológica a la hora de decidir las líneas preferentes a apoyar, así como el reparto de los fondos disponibles. Las líneas aplicadas por su parte, tanto en la universidad como en los centros de investigación y tecnológicos y en la empresa, deben ser financiadas mediante fondos públicos y privados.

Ahora bien, por regla general, las empresas en España dedican escasos recursos y esfuerzo a la investigación tecnológica. La preocupación por un acuciante día a día y por resolver problemas casi exclusivamente productivos, financieros, comerciales y laborales, hace que desafortunadamente los planteamientos a largo plazo queden relegados a un segundo plano.

Hay empresas que hacen investigación, pero lo cierto es que en la mayor parte de ellas es suficiente con hacer ingeniería a un nivel adecuado a su finalidad empresarial, quedando establecido que la aplicación ingeniosa u original de tecnología ya existente no es investigación. Las empresas desarrollan su actividad dentro de un entramado económico y social, de tal modo que pueden colaborar con otras empresas, con centros de investigación, con centros tecnológicos y con universidades. Dependiendo del tipo de empresa de que se trate, sus necesidades de investigación, desarrollo e ingeniería a distintos niveles serán diferentes y podrán ser cubiertas por ella misma o contratando servicios ajenos, con acuerdos estables o puntuales.

En el campo de la ingeniería mecánica siempre ha existido un número incontable de temas

de investigación tecnológica del máximo interés, con una gran influencia en la vida cotidiana de las personas, en el conjunto de la actividad industrial y económica y en el avance de las sociedades.

A veces se simplifica el proceso lógico que conduce a la aparición de una invención o nuevo producto, pensando que la secuencia que se sigue es lineal: en primer lugar aparición del conocimiento científico, seguido por el desarrollo de una tecnología apropiada para pasar a continuación a un desarrollo de ingeniería y finalizar materializándolo mediante la aplicación de unas técnicas específicas. Sin embargo, como pasa en tantas otras cosas, esta visión lineal y simplificada no responde a la realidad en la mayoría de las ocasiones. En la práctica, todos esos aspectos del conocimiento humano se combinan y entrelazan entre sí de forma compleja e inseparable, las fronteras entre ellos son difusas y existen solapes, los avances en uno de ellos repercute en una mejora del resultado final obtenido y todos se necesitan mutuamente.

Las ciencias experimentales necesitan equipos y aparatos técnicos para avanzar, la ciencia más teórica necesita datos experimentales de partida o como comparación de sus hipótesis y desarrollos y a su vez la ingeniería avanza más rápidamente y con mayor solidez si se apoya en un mejor conocimiento de la leyes de la naturaleza. No obstante, hay diferencias evidentes, por ejemplo la ciencia no se convierte en ingeniería por el mero hecho de utilizar tecnología, ni la ingeniería en ciencia por aplicar eventualmente el método científico; los ámbitos de cada una son necesarios y diferentes, las profesiones y sus misiones en la sociedad también deben serlo.

Utilizar las palabras ciencia e ingeniería como sinónimos, algo que sucede con frecuencia en los medios de comunicación y una parte de la clase política, conduce a opiniones erróneas y a esfuerzos y recursos mal dirigidos, ya que eso lleva a considerar todas las actividades de investigación, desarrollo tecnológico e incluso ingeniería avanzada dentro de un mismo grupo.

Esta tendencia se observa en todo el mundo desarrollado, pero hay que recordar que un error no deja de serlo porque muchos lo cometan. La investigación científica es importante y tiene influencia sobre todo en el largo o muy largo plazo y debido a que es generalmente muy costosa y sus resultados inciertos, como no puede ser de otra manera, su rendimiento económico es muy bajo. Sin embargo, son los esfuerzos e inversiones en ingeniería los que resuelven los problemas del día a día y hacen avanzar a las sociedades y a los países.

Se ha comprobado a lo largo del tiempo que a la ingeniería no le es imprescindible el conocimiento científico para conseguir avances tecnológicos; por ejemplo la máquina de vapor se desarrolló más de cien años antes de que la termodinámica fuera una ciencia bien establecida. A veces la ciencia, o mejor dicho algunos científicos, tienden a tener opiniones muy dogmáticas en temas que no están aun resueltos de forma completa y eso ha podido incluso frenar avances tecnológicos en algún momento. Ese dogmatismo es mucho menor en ingeniería, ya que la validez de las opiniones se mide a través de los beneficios económicos que produce y eso es algo fácilmente medible, muy pragmático y poco subjetivo. Por ejemplo pese a estipularse en el siglo XIX que no sería posible enviar señales de radio de continente a continente debido a la curvatura de la tierra, Marconi demostró lo contrario con hechos. Otro caso fueron las opiniones de que el ferrocarril no sería posible, ya que por encima de una modesta velocidad los pasajeros morirían por asfixia, o la supuesta ineficacia de un sistema de transporte basado en el contacto entre ruedas y carriles de acero; predicciones erróneas que afortunadamente no fueron tenidas en cuenta en su momento. Por citar otro ejemplo, afortunadamente los hermanos Wright no hicieron caso (tal vez por no conocerlas) de la opinión de que los objetos más pesados que el aire que desplazan no podrían volar, pese al hecho evidente de que las aves lo hacen. No hay ninguna pugna conceptual entre la ciencia y la ingeniería, ambas son partes imprescindibles del conocimiento y de la actividad humana y por supuesto la ingeniería aprovecha, siempre que es conveniente y posible, los avances científicos que se producen a lo largo del tiempo, pero no se queda parada esperando a que estos aparezcan.

Obsérvese que las consideraciones de tipo económico son de importancia creciente según se avanza en la secuencia ciencia-tecnología-ingeniería-técnica. Los aspectos económicos son indiferentes para juzgar la validez del conocimiento científico, pero finalmente cruciales para el éxito comercial de un producto y de una industria. La ingeniería sólo tiene sentido si sirve para producir progreso palpable y beneficios económicos (no necesariamente directos), a su vez la utilidad de la investigación tecnológica está relacionada con su viabilidad industrial, mientras que la validez de la investigación científica es independiente de la rentabilidad de sus resultados. Otra diferencia es que desde un punto de vista ético la ciencia es neutra pues busca entender la naturaleza, mientras que la tecnología y aun más la ingeniería no lo son ya que buscan idear y construir cosas cuya valoración, o el de algunas de sus aplicaciones, es subjetiva y puede ser cuestionable en ocasiones.

La ingeniería mecánica se incluye dentro de todo este entramado del conocimiento humano, siendo sin lugar a dudas una de las que más influencia directa ha tenido y tiene en la vida cotidiana de las personas. Es una característica innata del ser humano idear, fabricar y utilizar herramientas, el reconocimiento del mayor o menor grado de “humanidad” de unos restos fósiles depende muy directamente de que se encuentren presentes restos de útiles y herramientas: un raedor, un hacha, una punta de flecha. Sin necesidad de remontarse a épocas tan remotas, todos los productos que se utilizan cotidianamente dependen en alguna fase de su desarrollo o utilización, en mayor o menor grado, de la ingeniería mecánica; desde un alimento por sencillo que sea, pasando por un producto farmacéutico, ropa, un libro, un edificio de vivienda o servicios, un microchip, un computador, hasta un aparato de comunicación inalámbrico. En algún momento de su proceso se habrán utilizado herramientas y máquinas diversas para fabricarse: ahí la ingeniería mecánica ha estado presente. De una forma más evidente, la forma de vida en los países desarrollados depende directamente de electrodomésticos y de máquinas de transporte como automóviles, ferrocarriles, aviones, barcos, sistemas de elevación, tanto para el movimiento de personas como de productos. En el diseño, fabricación y mantenimiento de todas esas máquinas y vehículos la ingeniería mecánica es imprescindible. Lo mismo sucede con los satélites de tipo diverso, como los de comunicaciones y sus antenas terrestres, los de vigilancia de la climatología, posicionamiento global, sondas y vehículos de exploración espacial y otros.

La agricultura, ganadería, defensa, generación y transporte de energía también dependen de

herramientas, máquinas, vehículos y estructuras. La medicina actual no se puede entender sin herramientas quirúrgicas, prótesis y máquinas diversas.

En resumen, la ingeniería mecánica está presente en todas las facetas de la vida del ser

humano en las cuales éste interactúe con su entorno. No se pretende ni mucho menos afirmar que sea más o menos importante que otras ingenierías, o que otras actividades humanas, ya que para ello debería utilizarse algún criterio de medida de la importancia, que necesariamente será subjetivo. Por otra parte, la comparación relativa del interés de una ingeniería frente a otra es irrelevante; todas las ingenierías pueden tener su interés, pero algunas son imprescindibles y entre éstas se encuentra la ingeniería mecánica.

LA PROFESIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA

En este apartado se van a recoger las principales tareas a que se dedican típicamente los ingenieros mecánicos en su vida profesional y laboral. Por supuesto existen otras muchas que no se citan aquí, pero éstas son un resumen de aquellas para las que la formación de ingeniería mecánica es idónea. También hay que señalar que estas tareas no son necesariamente exclusivas de los ingenieros mecánicos, sino que en muchas ocasiones trabajan en grupos multidisciplinares con otros ingenieros y otros tipos de titulados y profesionales.

Especificaciones técnicas:

Supóngase una empresa que diseña, fabrica, distribuye y mantiene sus propios productos y que desea poner en el mercado uno nuevo en una línea de su área comercial. Detectada una necesidad a cubrir mediante ese nuevo producto, y si los criterios de rentabilidad lo hacen viable, se definen las principales características generales que se van a exigir al nuevo producto, incluyendo consideraciones técnicas y económicas. En esta fase inicial se realiza una revisión del estado de la técnica disponible, tanto en la propia empresa como en el mercado. Para ello se recoge información de productos análogos anteriormente desarrollados y fabricados por la propia empresa o por otras y se realiza una búsqueda de información en el ámbito bibliográfico. Se define entonces de forma algo más concreta el producto y se recoge esta definición en forma de una serie de especificaciones técnicas generales, en base a las cuales se comienza el proceso de desarrollo propiamente dicho.

Una vez decididas las líneas generales que definen el producto o sistema en su conjunto, se

realiza la división del sistema en subsistemas, que son partes funcionales formadas por distintos componentes; esos subsistemas pueden ser de tipo electrónico, eléctrico, mecánico o de otra clase. La tarea de diseñar esos subsistemas se reparte entre distintos grupos o departamentos de ingeniería de la empresa, o se subcontrata a otras. Se puede hablar pues de desarrollo distribuido en el cual la comunicación, coordinación y el flujo de información en entre los diferentes grupos que se encuentran desarrollando los distintos subsistemas tienen una importancia trascendental.

Normalmente en estas tareas, además de ingenieros con una larga experiencia, colaboran otros profesionales de una amplia variedad ya que por tratarse de decisiones que a veces son estratégicas para la empresa involucran aspectos de economía, finanzas, mercados, recursos humanos, marketing y otras.

Diseño mecánico:

Es una tarea clásica de la ingeniería mecánica, consistente en idear un componente, conjunto, máquina o estructura en base a las especificaciones técnicas requeridas, utilizando para ello criterios generalmente cualitativos y subjetivos, basados en la experiencia propia y de la empresa. Los cálculos en esta fase, en caso de haberlos, como por ejemplo cinemáticas y dinámicos, resistentes, térmicos, etc., suelen ser relativamente simples y meramente orientativos, sin descender a nivel de detalle. La herramienta de trabajo habitual es un programa de diseño auxiliado por computador, CAD (Computer Aided Design), con unas capacidades de simulación y análisis limitados. En las tareas de diseño, aparte de la experiencia propia y de la empresa el ingeniero utiliza sobre todo sus conocimientos adquiridos al haber cursado materias como dibujo técnico, geometría, mecánica aplicada, elementos de máquinas, elementos constructivos, tecnologías de fabricación, normativas diversas y proyectos de ingeniería.

Por lo que se refiere a la formación habitual de los ingenieros que se dedican a estos temas en las empresas, suelen ser de nivel Grado y Máster. En esta fase es importante hacer ya previsiones del proceso de fabricación y montaje que se utilizará posteriormente para fabricar los componentes y la máquina o estructura, transporte del producto desde la fábrica al cliente, así como sobre su montaje y desmontaje, accesibilidad para mantenimiento y otros aspectos similares.

Análisis:

Una vez que un componente, conjunto, máquina o estructura ha sido diseñado, las técnicas de análisis tratan de simular el comportamiento mecánico que tendrá en condiciones de servicio. Dependiendo de la importancia del producto que se esté desarrollando, los análisis serán más o menos profundos, pues téngase en cuenta que los costes de diseño y análisis deberán ser incluidos en el precio final del producto por lo que es importante tratar de maximizar el cociente de la precisión de los resultados frente al coste de su obtención. El ciclo de diseño es habitualmente iterativo, prueba-error: se hace un diseño inicial, se analiza,

en base a los resultados del análisis se modifica el diseño y así sucesivamente hasta que los resultados de la simulación satisfacen las condiciones que las especificaciones técnicas requieren. El número de ciclos o iteraciones puede ser muy elevado, por lo que es importante aquilatar los costes de los análisis.

Hoy día, en la fase de análisis se utiliza profusamente el computador, con programas basados fundamentalmente en técnicas de elementos finitos, FEA (Finite Element Análisis) y otras análogas, de análisis de mecanismos y sistemas multi-cuerpo, de dinámica de fluidos computacional, CFD (Computational Fluid Dynamics), y otros. Estos programas deben ser compatibles entre sí y con el programa de CAD que se utilice en la empresa a fin de optimizar el ciclo de diseño y análisis y reducir cuanto sea posible el esfuerzo de preparación de los modelos computacionales a analizar. A veces los sistemas de CAD y de análisis están integrados en uno único, denominándose entonces como programas de CAE (Computer Aided Engineering).

En esta fase de análisis, el ingeniero utiliza sus conocimientos especializados sobre cinemática y dinámica, elasticidad y resistencia de materiales, termodinámica, mecánica de fluidos, fatiga, métodos de análisis computacional, teoría de estructuras, así como conocimientos específicos sobre el tipo de máquina o estructura con la que trabaja y las correspondientes normas de cálculo y protocolo de la empresa en su caso. Cuando posteriormente se construyan prototipos, caso de ser necesario, los resultados de los ensayos de estos se pueden aprovechar al menos en parte para realimentar los datos de análisis con valores más precisos que los inicialmente estimados.

Es evidente que las tareas de diseño y análisis están muy estrechamente vinculadas, es por ello que dependiendo de la estructura organizativa de cada empresa, los departamentos o secciones de diseño y de análisis es frecuente sean conjuntos; normalmente estas actividades están juntas en las empresas de tamaño mediano y separadas en las más grandes. Los estudios idóneos para estas tareas son los de Máster, y cada día más los de doctorado, aunque también aquí participan ingenieros de grado. A su vez las tareas de análisis en empresas con un nivel tecnológico elevado son a veces cercanas a lo que se conoce como

Investigación y Desarrollo Tecnológico, I+DT, por lo que diseño, análisis e I+DT forman parte de la misma unidad de trabajo a efectos organizativos y de tareas de los ingenieros en numerosas empresas.

Ensayo de prototipos:

Los ensayos son imprescindibles en numerosas ocasiones en ingeniería, pero los hay de muy diversos tipo y no todos ellos corresponden estrictamente al ámbito de la ingeniería mecánica. Por ejemplo, para realizar un análisis es necesario siempre conocer las propiedades mecánicas, térmicas y de otro tipo de los materiales elegidos en la fase de diseño. Esas propiedades pueden requerir complejos y largos ensayos de caracterización sobre probetas, tarea que no siendo ajena o desconocida para ingenieros con formación mecánica sin embargo es más propia de una especialización en ingeniería de materiales. Pero dejando a un lado estos ensayos de laboratorio sobre probetas, a lo que en esta sección se hace referencia es a los ensayos de prototipos, generalmente a escala real y en menos casos a escala reducida.

Debe tenerse en cuenta que, a pesar de los grandes avances que ha habido en las técnicas de análisis desde la aparición del computador, sin embargo la realidad de un fenómeno mecánico, térmico o de fluidos no se puede reproducir exactamente en el computador. Existen siempre hipótesis simplificativas en las teorías en que se basan las técnicas de análisis, aparte de que no todos los fenómenos naturales se saben modelizar de forma suficientemente precisa y de que otros tienen una elevada dispersión estadística debido a su propia naturaleza (fatiga, desgaste, corrosión, entre otros), por lo cual los resultados de los análisis contienen un cierto error, sobre todo en el caso de fenómenos de tipo dinámico ya que aquellos que son independientes del tiempo suelen ser más sencillos de tratar. La forma de asegurarse de que un diseño va a funcionar correctamente pasa por construir y ensayar prototipos, observando y midiendo su comportamiento a lo largo de un tiempo suficientemente largo. Los prototipos pueden ser de componentes aislados, de conjuntos o del producto completo. En caso de que se observen diferencias importantes entre los resultados de los análisis y el comportamiento de los prototipos, será preciso modificar nuevamente el diseño, volver a pasarlo por la fase de análisis, construir nuevos prototipos o

modificar los existentes y volver a ensayar.

Este ciclo se superpone pues al de diseño-análisis anteriormente comentado. En el caso de productos especialmente complejos, como motores y vehículos automóviles y de ferrocarriles, en motores aeronáuticos, estructuras de aeronaves y otros, los ensayos de prototipos se realizan en primer lugar en laboratorio, simulando mediante actuadores y otros dispositivos las condiciones que tendrá el producto en servicio; una vez que el comportamiento en laboratorio ha sido satisfactorio, se ensayan prototipos en condiciones de servicio reales antes de fabricar el producto en serie y ponerlo a la venta. Se adivina fácilmente que la fase de ensayos de prototipos es costosa y larga y su influencia en el precio final del producto es muy importante. Cuanto mejores hayan sido los resultados de las fases previas de diseño y análisis, tanto menor será el esfuerzo que habrá que invertir en la de prototipos, reduciendo con ello costes y acortando el ciclo de desarrollo del producto.

Existen muchos tipos de ensayos y medidas a realizar: funcionamiento general, vibraciones, ruido, desgaste, fatiga, térmicos, fluidos, etc. las técnicas de ensayo son muy dependientes de tecnologías de instrumentación ya que se utilizan sensores, actuadores, electrónica y control mediante computador por lo que en esas tareas intervienen también profesionales de otras ramas de ingeniería.

A estas tareas se dedican generalmente ingenieros tanto de grado como Master, y los conocimientos del funcionamiento de máquinas, así como también de electrónica e instrumentación son muy importantes, junto con cuestiones de fabricación a fin de que las modificaciones que se propongan sean viables desde el punto de vista constructivo. También es importante señalar que muchos de los resultados y datos que se obtengan en el ensayo de prototipos pueden ser utilizados para “realimentar” y actualizar los modelos utilizados en la fase de análisis.

Fabricación:

Las tareas de fabricación se encuentran íntimamente ligadas a las de diseño mecánico. Desde la fase de diseño el ingeniero debe considerar que cada proceso de fabricación impone restricciones que pueden ser geométricas: incluyendo libertad de forma, precisión, tolerancias y otras, así como resistentes (relacionadas con la aparición de cambios locales en el material que afecten a sus propiedades mecánicas). Los modelos numéricos de los procesos de fabricación, implementados en programas de computador, son fundamentales en esta etapa, puesto que permiten reducir el número de ensayos y prototipos específicamente desarrollados para puesta a punto del proceso de fabricación. Una vez que se ha elegido el proceso o combinación de procesos más adecuado para la fabricación del componente (teniendo presentes los aspectos de una producción económica, de calidad y adaptada a la normativa medioambiental), el ingeniero se enfrenta a los aspectos mecánicos relacionados con la interacción proceso-herramienta-máquina, o de modo más general, proceso-medios de fabricación.

En esta fase se incluye el tratamiento de problemas de tribología como por ejemplo, desgaste de herramientas, interacción chapa-troquel etc.; térmicos, como transmisión de calor en procesos de fundición y forja, variaciones dimensionales en componentes de las máquinas por efecto del calor generado en el proceso; dinámicos: generación y transmisión de vibraciones en estructuras de máquinas y en piezas de baja rigidez, etc.

El ingeniero de fabricación, grado o Master, trabaja en grupos multidisciplinares en los que confluyen expertos en software, técnicas de automatización, materiales y gestión de la producción, entre otros. Por último, al ingeniero de fabricación también se le exige una continua labor de actualización de conocimientos y de vigilancia tecnológica, dada la fuerte competencia entre los diferentes procesos que puede desplazar en poco tiempo la solución que era óptima para un determinado componente hacia otras tecnologías anteriormente descartadas. Debe también mantener una estrecha relación y compartir una formación común con los ingenieros de diseño, ya que en la puesta a punto de un proceso de fabricación pueden aparecer propuestas de cambios de diseño que mejorarían dicho proceso, estos cambios no deben introducirse sin más, sino que deben ser estudiados y analizados e incluso a veces su efecto comprobado experimentalmente nuevamente sobre prototipos.

Seguimiento del comportamiento en servicio:

Una vez que los productos están siendo ya utilizados por los clientes, la información de su comportamiento en servicio es muy importante para corregir problemas imprevistos que hayan podido aparecer así como para la mejora de las futuras series de ese producto. Normalmente, y atendiendo a aspectos de tipo económico, se establecen un niveles de fiabilidad del producto en el tiempo de modo que si se observan discrepancias importantes entre lo establecido y lo registrado se estudian las causas a fin de ajustar mejor la fiabilidad en servicio a la buscada. La recogida de información se realiza por ejemplo a través del departamento o grupo de mantenimiento de productos y analizando estadísticamente las peticiones de piezas de repuesto que se piden a la empresa.

En esta fase son importantes los conocimientos de matemáticas en general y de estadística en particular, a fin de poder aprovechar de forma óptima los datos que se van recogiendo. Una tarea típica de un ingeniero mecánico en esta fase es también la de diagnóstico; es decir, que la el estudio detallado de los fallos, por ejemplo de piezas rotas en servicio, es imprescindible para modificar el diseño o el proceso de fabricación para solucionarlos. Esta es una tarea que suele tener una considerable dificultad ya que en numerosas ocasiones las causas de fallo de piezas son múltiples y se combinan entre sí de forma variable a lo largo del tiempo (por ejemplo una pieza que vibra en exceso y como consecuencia se produce un desgaste excesivo en un apoyo, que se a su vez causa un deterioro superficial y en consecuencia más vibración, además de fatiga que finalmente lleva a la rotura de la pieza), detectar cuál ha sido la causa desencadenante de las circunstancias del fallo suele ser costoso. Son importantes en esta fase los conocimientos profundos de comportamiento de materiales, de tribología, de vibraciones, corrosión, etc. por lo que la titulación idónea es la de Máster y doctorado.

Una vez se conozcan las causas principales del fallo, se proponen modificaciones del producto que deben ser introducidas en el ciclo de desarrollo de productos aquí comentado: fases de diseño, análisis, ensayo, fabricación, para que las series sucesivas se ajusten mejor a la fiabilidad buscada. Hay que hacer notar que si la discrepancia de la fiabilidad buscada con la deseada va en el sentido contrario: es decir que el producto en la práctica es innecesariamente más fiable de lo necesario, se pueden estudiar modificaciones (generalmente algún aspecto del proceso de fabricación) a fin de incrementar la competitividad de las series siguientes al conseguir unos costes más reducidos manteniendo el nivel deseado de fiabilidad.

Ejecución y control del montaje de maquinaria, instalaciones y obras de construcción industrial:

En ocasiones, las máquinas o las estructuras son de tamaño y peso muy grande, lo que hace que el proceso de montaje deba realizarse in situ. Esta tarea puede ir acompañada de otras complementarias como la ejecución de la cimentación, estructuras de apoyo de máquinas e instalaciones y construcciones complementarias (tuberías, conducciones eléctricas, estructuras de acceso y soporte, etc.), que habrán sido previamente diseñadas y analizadas junto con el resto de la máquina. Este trabajo tiene unas características especiales debido a que requiere de la utilización de maquinaria pesada como grúas, camiones, excavadoras, etc.

El planteamiento y ejecución del montaje y obras auxiliares suele ser complejo y artesanal y exige una minuciosa planificación y seguimiento para garantizar que el montaje va a ser correcto y la máquina e instalaciones se suministren al cliente de acuerdo con las especificaciones estipuladas en el contrato. Téngase en cuenta que se trata de productos de mucha cuantía económica en los que una incorrecta planificación o ejecución puede dar lugar a cuantiosas pérdidas o reducción de beneficios. Se requiere entonces de buenos conocimientos de mecánica general, teoría de estructuras, materiales de construcción, elementos de transporte, planificación, técnicas de construcción y obra civil, gestión de recursos humanos y materiales, así como el cumplimiento de una amplia normativa de construcción, normativas medioambientales y urbanísticas, de seguridad en el trabajo, así como de don de gentes para el trato con operarios, clientes, suministradores y subcontratas y mucho ingenio para ir resolviendo en tiempo real y de forma óptima los problemas inesperados que inevitablemente aparecen en este tipo de trabajos.

En otras ocasiones se puede tratar de construcciones, edificios o urbanizaciones, como por ejemplo naves industriales, plantas industriales y áreas industriales, a los que se pueden aplicar las mismas ideas del párrafo anterior, teniendo en cuenta que las cuestiones de urbanismo, normativa medioambiental e instalaciones cobran ahora una importancia aún mayor. Respecto a las urbanizaciones de áreas industriales se encarga de la transformación del terreno para que posteriormente sirva de soporte a las futuras edificaciones industriales que se asienten en el mismo. En este caso es necesario un buen conocimiento de las tecnologías de infraestructuras de abastecimiento de energía, agua, gas o las redes de saneamiento o telecomunicaciones. Por lo que respecta a los conocimientos necesarios, a los anteriormente citados hay que añadir los de topografía y unas ciertas capacidades sobre geotecnia, mecánica del suelo, arquitectura y urbanismo industrial, instalaciones y ergonomía. Es el Grado de Ingeniería Mecánica el idóneo en este caso, ya que al otro nivel es el Máster de Ingeniería Industrial el adecuado, y no el de Ingeniería Mecánica en principio, por poseer actualmente las competencias profesionales reguladas en estos temas.

Mantenimiento industrial:

Tanto las máquinas como las instalaciones y los edificios industriales de la propia planta o empresa requieren tareas de mantenimiento y actualización para su correcto funcionamiento y actualización. Los ingenieros de grado, de diversas especializaciones, que se dedican a estas tareas en las empresas tienen que ser capaces del manejo práctico y con habilidad de una cantidad importante de conocimientos: mecánica, electricidad, electrónica, hidráulica y neumática, manejo de máquinas y herramientas, gestión de grupos de trabajo, etc. aparte de ingenio, capacidad de improvisación y de conocer a la perfección el funcionamiento de las máquinas, instalaciones y procesos de la planta industrial o empresa a cuyo buen funcionamiento y mantenimiento se dedica.

Se trata de una tarea de gran responsabilidad aunque no siempre suficientemente valorada, y que exige una disponibilidad de horarios muy amplia por parte de los técnicos que se dedican a esas labores, con una repercusión inmediata en el buen funcionamiento y resultados de la empresa.

Ingeniería y consultoría:

Existen empresas en todo el mundo cuya misión es la de dar soporte de ingeniería a otras empresas. Su mercado son por una parte pequeñas industrias que prefieren subcontratar las tareas de diseño y análisis que esporádicamente les surgen, de tal modo que no necesitan tener ingenieros dedicados a esas tareas. Pero en los países desarrollados ese mercado es relativamente reducido, por lo que es en la aplicación de tecnología e ingeniería de muy alto nivel donde estas empresas tienen su mercado natural. Los trabajos con un importante contenido de tipo mecánico son tradicionalmente uno de sus principales fuentes de ingresos.

El tipo de trabajo que desarrollan es de ingeniería avanzada y también entran directamente en el campo del desarrollo tecnológico, pero ya apenas en el de la investigación propiamente dicha. Sus clientes son otras empresas y consorcios de empresas, pero también y de forma muy importante, administraciones públicas que encargan sus proyectos de obras, instalaciones y servicios así como proyectos de tipo estratégico que se realizan entre grupos de países, como por ejemplo grandes instalaciones para investigación científica, plantas de pruebas de nuevas fuentes de energía, desarrollo de proyectos muy avanzados de tipo aeronáutico y del espacio, etc.

Se trata de trabajos que requieren mucha especialización y conocimientos avanzados y actualizados en una amplia variedad de temas como métodos de simulación mediante elementos finitos (EF) y otros, comportamiento resistente de materiales metálicos y no metálicos, análisis de sistemas multi-cuerpo, mecatrónica, dinámica de fluidos computacional (CFD), por lo que el nivel de ingeniero natural aquí es el de Master e incluso doctorado, aunque por supuesto también son necesarios ingenieros de grado. A veces se ensayan prototipos, pero por definición estas empresas no fabrican productos ni se ocupan del mantenimiento de plantas y maquinaria, aunque sí de tareas de ejecución y control de montajes de grandes máquinas, instalaciones y obras de construcción.

Investigación tecnológica y desarrollo:

La investigación tecnológica, básica y aplicada, se lleva a cabo fundamentalmente en centros de investigación y universidades y, en menor medida, en empresas. Tal y como se ha comentado en un apartado anterior, la investigación tecnológica es un campo muy amplio en el cual la parte más directamente relacionada con los temas de ingeniería mecánica es de gran importancia. La investigación en tecnología e ingeniería tiene como objetivo obtener un conocimiento profundo de aspectos del mundo físico que tengan un potencial de aplicación práctica en la industria, por ello deben tenerse en cuenta aspectos de rentabilidad económica y de viabilidad práctica de lo que se estudia. Se puede tratar de trabajos de tipo experimental o teórico, en este último caso entendido como tal el desarrollo de métodos que permitan aplicar ese conocimiento a la solución de problemas de ingeniería.

Normalmente los investigadores trabajan en grupos multidisciplinares, que incluyen titulados de origen diverso; actualmente la figura de un investigador aislado es muy poco frecuente en temas tecnológicos debido a la gran complejidad de los temas que se tratan, que hacen prácticamente imposible que una persona aislada pueda abarcar todos los conocimientos necesarios.

Quienes se dedican a estas tareas tienen que tener una formación del máximo nivel, doctorado fundamentalmente aunque también la de Máster puede ser adecuada sobre todo en la fase formativa en la cual se compatibiliza el trabajo de investigación con la realización de su Tesis Doctoral. La forma ideal de trabajo es la de un grupo dirigido por un doctor en ingeniería con experiencia con el que colaboran otros doctores y titulados Máster, parte de los cuales estarán aprovechando, siempre que sea posible, las tareas de investigación que realizan para llevar a cabo su futura Tesis Doctoral. Así pues, esta actividad profesional está muy cercana a tareas formativas, no necesariamente de docencia reglada, tanto porque hay doctorandos en formación como porque es necesario mantener los conocimientos del grupo actualizados, para lo que es necesario dedicar una importante parte del tiempo de la jornada de trabajo al estudio personal, y asistencia a cursos, congresos y reuniones.

La investigación tecnológica puede dar lugar a avances o descubrimientos que, en caso de no estar sujetos a cláusulas de confidencialidad en los contratos, se puedan difundir mediante su publicación en congresos, libros y revistas internacionales. Esta tarea de difusión del conocimiento tiene un interés no pequeño, ya que sirve para contrastar el nivel tecnológico del grupo investigador al someterse al escrutinio de la comunidad internacional. Sin embargo, desde hace unos años se está observando una tendencia preocupante que hace que existan numerosas investigaciones, sobre todo en las universidades, que se planifican de tal modo que su objetivo principal es la meramente la publicación. Investigar para publicar puede ser una técnica de publicidad que convenga utilizar esporádicamente a fin de dar a conocer un grupo investigador y facilitar la captación de futuros clientes y proyectos, pero si convierte en algo sistemático, se desenfoca y desvirtúa el sentido de la investigación tecnológica.

Las tareas de desarrollo tecnológico se llevan a cabo fundamentalmente en centros tecnológicos y en empresas con alto nivel tecnológico, a veces también incluyendo colaboración con la universidad. Se trata de generar nueva tecnología para ser directamente aplicada en la industria, por ejemplo para desarrollar una metodología que permita solucionar un tipo de problemas concretos, y por ello están más cercanas a la ingeniería propiamente dicha. Aquí los aspectos de rentabilidad económica son decisivos, pues un desarrollo tecnológico para ser válido debe posibilitar la solución rentable de problemas de la industria.

http://www.asoc-aeim.es/ing_meca.pdf

http://ergosum.uaemex.mx/marzo%2010/pdfs/pdf_vol_17_Num_1/15_duran.pdf

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