Principios de Diseño en Ingeniería Industrial: Materiales, Dimensiones y Resistencia

Criterios Dimensionales en Diseño Industrial

Criterio general:

1. Según especificaciones.
2. Menores posibles. Condicionantes o excepciones:
   • Montaje.
   • Mantenimiento.
   • Usabilidad.
   • Ergonomía.
   • Resistencia de materiales.

Pesos e Inercias en Componentes Mecánicos

Criterio general:

1. Menores posibles, tanto por peso como por inercia de piezas móviles. Problemas asociados:
   • Necesidad de motorizaciones más potentes.
   • Movimientos oscilantes, descentrados, etc., que pueden generar vibraciones.
2. Condicionantes o excepciones:
   • Contrapesos: para reducir fuerzas y pares.
   • Volantes de inercia: para la absorción de fuerzas irregulares.

Selección de Materiales en Ingeniería

• Según especificaciones: transparencia, fragilidad, dureza, resistencia a la corrosión, propiedades térmicas, etc.
• Propiedades mecánicas: tenacidad, ductilidad, etc.
• Lo más ligeros posible.
• Facilidad de fabricación.

Esfuerzos Mecánicos Estáticos

Momento Flector

Criterio general:

1. Menores posibles. Condicionantes:
   • Disposición de cargas.
   • Aumento del momento de inercia de la sección resistente.
   • Controlar el pandeo.
   • Controlar la deformación. El límite de cálculo puede ser la deformación admisible en lugar de la resistencia (ejemplo: en vigas, una flecha máxima de 1/500 de la luz).

Carga Axial

1. Menores posibles. Condicionantes:
   • Vigilar la anisotropía: materiales con comportamientos diferentes a tracción y a compresión.
   • Controlar el pandeo: aumento de la sección resistente.

Cizalladura

1. Menores posibles. Condicionantes:
   • Secciones pequeñas suficientes para cargas axiales: aumento de la sección resistente.
   • Controlar elementos de unión de pletinas, chapas, etc.

Momento Torsor

Criterio general:

1. Secciones mínimas, pero maximizando el momento de inercia. Condicionantes:
   • Posibilidad de secciones huecas.
   • Disposición de cargas: lo más cercanas posible al eje de giro.

Pandeo

En cargas axiales de compresión, se deben seleccionar secciones que maximicen el momento de inercia respecto al eje de carga.

Es fundamental verificar que la excentricidad posible de la carga se mantenga lo máximo posible dentro del núcleo central de la sección.

Resistencia de Materiales

Fatiga

La fatiga es la rotura de piezas sometidas a esfuerzos cíclicos, incluso muy por debajo de los límites teóricos de resistencia estática. Criterios de diseño:

• En esfuerzos cíclicos, es crucial ampliar significativamente el margen de seguridad. El límite de cálculo de diseño puede llegar a ser incluso el 20% del máximo o menos.
• Redondear aristas que puedan producir concentración de tensiones. Es vital evitar zonas donde se puedan nuclear posibles grietas.

Temperatura

• Verificar el rango de temperaturas de uso del material: punto de fusión, transformaciones en la estructura interna y temperaturas de transición dúctil-frágil.
• Los fenómenos de oxidación seca se incrementan con la temperatura.
• Prestar atención a las soldaduras y la Zona Afectada Térmicamente (ZAT).

Oxidación

La selección de materiales y revestimientos (así como su durabilidad) debe realizarse en función de las condiciones de trabajo y el entorno.