Metodología para la aplicación de herramientas flexibles de cálculo para el análisis paramétrico enfocada a la docencia en ingeniería

Resumen

Tradicionalmente, los métodos de enseñanza en asignaturas de ingeniería mecánica, ponen especial énfasis en el cálculo matemático de los modelos con los que se analizan los distintos sistemas mecánicos, cuya solución puede depender de varias variables de diseño. En muchas asignaturas, profesorado y estudiantado resuelven casos prácticos a mano, en los que la resolución matemática de los mismos supone un alto coste de tiempo, y el aprendizaje acaba centrándose más en la resolución matemática, que en interpretar los resultados sobre el efecto de cambios en las variables de diseño.
Esto trae como consecuencia la dificultad por parte del estudiantado en adquirir competencias en el análisis crítico de la influencia de parámetros de diseño en cada sistema mecánico. Al no dedicar tiempo para hacer diversos casos variando dichos parámetros, debido al alto coste de tiempo en rehacer los cálculos para cada iteración, no pueden analizar resultados en función de dichos parámetros, y, por lo tanto, no pueden interiorizar cualitativamente el efecto de los mismos.
Con el objetivo de mejorar la adquisición de esta competencia, se propone a continuación una metodología de trabajo con la que el estudiantado podrá resolver, de forma ágil, y a través de herramientas basadas en hojas de cálculo, problemas donde podrán monitorizar los parámetros mecánicos de diseño que consideren, e iterar obteniendo resultados inmediatamente para ver la influencia de éstos sobre el resultado final.
De esta forma, se optimiza el esfuerzo necesario en la resolución matemática del problema y en las iteraciones de cálculo, permitiendo dedicar más tiempo al análisis crítico de la influencia de los parámetros de diseño sobre cada sistema mecánico, e interiorizar desde un punto de vista cualitativo, y cuantitativo, cómo afectan estos parámetros, mejorando, no solo la competencia anteriormente citada, sino también adquiriendo competencias digitales, con herramientas de bajo coste que aportan agilidad a la hora de analizar los problemas, no recurriendo únicamente a complejos y costosos softwares de simulación.
La metodología está estructurada en los siguientes pasos: Elaboración de videos tutoriales en el manejo avanzado de hojas de cálculo, con foco en la resolución de los problemas planteados; Visualización en Moodle por parte del estudiantado de los videos tutoriales; Resolución y parametrización en la hoja de cálculo del problema propuesto; Monitorización de los resultados en función de la variación de los distintos parámetros de diseño; Análisis de resultados y extracción de conclusiones.
Esta metodología se está aplicando en la asignatura de Criterios de Diseño de Máquinas, dentro del Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales, en la Universidad de Zaragoza. Al final del artículo, se muestra un ejemplo de aplicación real en el cálculo de un sistema de transmisión para la expulsión de piezas roscadas en moldes de inyección de plástico.