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UANL - FME Laboratorio de Materiales Compuestos

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VIGENTE A PARTIR DEL: 13 de Enero del 2017

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROGRAMA ANALÍTICO FIME

Nombre de la unidad de aprendizaje: Laboratorio de Materiales Compuestos Frecuencia semanal: 1 hrs. Horas presenciales: 14 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 6 hrs. Modalidad: Presencial Período académico: Semestral Unidad de aprendizaje: ( X ) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura ( ) Formación básica profesional ( X ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 3 incluyendo clase Fecha de elaboración: 05/Julio/2017 Fecha de la última actualización: 05/Julio/2017 Responsables del diseño: Dra. María de Jesús de la Garza Galván Dr. Ulises Matías García Pérez

Presentación: Esta Unidad de Aprendizaje se divide en 4 temáticas de estudio, en la primera se darán a conocer las reglas básicas de seguridad del laboratorio, la metodología de trabajo y se explicará de manera detallada la estructura que deberán tener los reportes de las prácticas. En la segunda, se explicarán los cálculos para determinar las cantidades de fibra y polímero necesarias para la fabricación de un material compuesto de matriz polimérica reforzado con fibras. En la tercera, se explicarán los fundamentos básicos de diferentes técnicas de fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras; tales como, laminado manual (hand lay-up), laminado asistido por bolsa de vacío (vaccum bag moulding), infusión de resina (resin transfer moulding) y procesos de aceleramiento de curado (horno y autoclave), utilizados para la


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manufactura de componentes aeronáuticos. En la cuarta, se llevará a cabo la caracterización de propiedades físicas y mecánicas de materiales compuestos reforzados con fibras. En particular, se explicará la metodología para determinar la densidad de los materiales, basándose en el método de Arquímedes. Además, se describirá la metodología para determinar el módulo de elasticidad, porcentaje de elongación y el esfuerzo máximo a la ruptura.

Propósito: Esta Unidad de Aprendizaje tiene como finalidad que el estudiante aplique los conocimientos teóricos y desarrolle habilidades prácticas en el área de materiales compuestos, mediante la realización de prácticas de laboratorio que le permitan emplear las técnicas de manufactura utilizadas para fabricación de materiales compuestos aeronáuticos.

Competencias del perfil de egreso:

a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje: Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales:

Competencias instrumentales:

• Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso a la información y su transformación en conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación constructiva en la sociedad.

• Utiliza un segundo idioma, preferentemente el inglés, con claridad y corrección para comunicarse en contextos cotidianos, académicos, profesionales y científicos.

• Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación de conocimientos.

Competencias personales y de interacción social

• Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible.


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Competencias integradoras

• Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global interdependiente.

b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la Unidad de Aprendizaje:

Analizar las partes de un dispositivo, equipo, sistema o proceso, estableciendo las relaciones que guardan entre sí, que le permita documentar la información obtenida en forma estructurada, ordenada y coherente, incluyendo conclusiones propias.

Resolver problemas de ingeniería seleccionando la metodología apropiada, aplicando modelos establecidos, basados en las ciencias básicas, verificando los resultados obtenidos con un método analítico o con el apoyo de una herramienta tecnológica, de forma que la solución sea pertinente y viable, cumpliendo con estándares de calidad y políticas de seguridad.

Aplicar métodos y técnicas de investigación científica y tecnológica, colaborando en grupos de generación y aplicación del conocimiento, para el desarrollo de proyectos de ingeniería.

Innovar en el diseño de componentes y sistemas de aeronaves utilizando conocimientos de Ingeniería, aplicando las normativas, trabajando en grupos multidisciplinarios con alto sentido de la responsabilidad y conciencia de los valores humanos a través del desarrollo de tecnología y productos seguros, ecológicos y económicamente sustentables que permitan incrementar la ventaja competitiva de la industria aeroespacial nacional en el mercado global.


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Representación gráfica

Competencias de la Unidad de Aprendizaje

Instrumentales

Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso a la información y su

transformación en conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo

colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación

constructiva en la sociedad.

Analizar los diferentes procesos de fabricación de materiales compuestos

reforzados y agentes de refuerzo mediante el uso de las tecnologías de la

información.

Observar los procesos de fabricación de materiales compuestos por el método de

laminado manual, infusión de resina y moldeo asistido por vacío; así como,

procesos de fabricación y tejido de los agentes de refuerzo como fibras de vidrio

y fibras de carbono.

Utiliza un segundo idioma, preferentemente el inglés, con claridad y

corrección para comunicarse en contextos cotidianos, académicos, profesionales y

científicos.

Reforzar los conceptos científicos y tecnicismos para dominar el lenguaje

científico y tecnológico relacionados con materiales compuestos.

Realizar lecturas complementarias para la comprensión de conceptos teóricos y

tecnicismos de la disciplina de materiales compuestos.

Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia

para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la

generación de conocimientos.

Reforzar sus habilidades en la búsqueda de información en los medios tradicionales y

de vanguardia para tener acceso a información actual.

Realizar búsquedas en libros especializados y bases de datos científicas con el fin de obtener información que les favorezca el proceso de llevar a cabo la

selección, diseño y fabricación de materiales compuestos.

Personales y de Interacción Social

Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto

a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una

sociedad sostenible.

IntegradorasConstruye propuestas innovadoras

basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los retos

del ambiente global interdependiente.

Aplicar los conocimientos adquitidos para manufacturar un material compuesto.

Manufacturar un material compuesto mediante diferentes técnicas de

procesamiento.


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Unidad temática 1: Introducción. Competencias particulares: Conocer las reglas básicas de seguridad del laboratorio, la metodología de trabajo y elaboración del reporte de las prácticas a través de la inducción del maestro y apoyados en el manual de prácticas para su correcta realización.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño

Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Conocer el reglamento de laboratorio, así como las reglas básicas de seguridad que deben tomarse en cuenta al trabajar en el laboratorio durante el desarrollo de las prácticas. Conocer y aplicar correctamente la estructura de un reporte de laboratorio para la presentación de los resultados obtenidos durante las prácticas realizadas.

Redacción del reglamento del laboratorio y reglas de seguridad en el diario del estudiante. Entrega de formato de reporte con los nombres de los integrantes del equipo de trabajo.

-Presentación -Contenido -Tiempo de entrega -Presentación -Estructura -Tiempo de entrega

Se dará lectura a todos los puntos del reglamento y se explicará detalladamente cada uno de ellos. El estudiante deberá redactar dicho reglamento en su diario. Se explicará cada uno de los puntos que debe de contener el reporte de las prácticas. El estudiante deberá elaborar la plantilla de sus reportes de laboratorio.

-Reglamento de Laboratorio y Reglas de Seguridad -Elaboración de reporte

-Manual de prácticas de laboratorio -Manual de prácticas de laboratorio


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Unidad temática 2: Determinación de la cantidad de fibra y polímero para la fabricación de materiales compuestos. Competencias particulares: Determinar las cantidades de fibra y polímero necesarias para la fabricación de un material compuesto de matriz polimérica reforzado con fibras.





Determinar las cantidades de fibra y polímero necesarias para la fabricación de un material compuesto de matriz polimérica reforzado con fibras.

Problemas de cálculo de relación másica.

-Presentación -Resultados -Tiempo de entrega

Se explicará de forma detallada la deducción de las fórmulas para la determinación de la cantidad de fibra y polímero necesarias para la fabricación de un material compuesto de matriz polimérica reforzado con fibras.

-Regla de las mezclas -Deducción de fórmulas -Ejemplos

-Manual de prácticas de laboratorio -Libros de texto


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Unidad temática 3: Métodos de manufactura de materiales compuestos. Competencias particulares: Conocer las diferentes técnicas de fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras; tales como, laminado manual (hand lay-up), laminado asistido por bolsa de vacío (vaccum bag moulding), infusión de resina (resin transfer moulding) y procesos de aceleramiento de curado (horno y autoclave), utilizados para la manufactura de componentes aeronáuticos.





Conocer los principios básicos de la técnica de laminado manual y aplicarlos en la fabricación de un material compuesto reforzado con fibras. Conocer los principios básicos de la técnica de laminado manual asistido por bolsa de vacío y aplicarlos en la fabricación de un material compuesto

Reporte de la práctica y pieza final. Reporte de la práctica y pieza final.

-Presentación -Contenido -Estructura -Tiempo de entrega -Presentación -Contenido -Estructura -Tiempo de entrega

Se explicará los principios básicos de la técnica de laminado manual. Elaboración de una pieza en el laboratorio. Se explicará los principios básicos de la técnica de laminado manual asistido por vacío. Elaboración de una pieza en el laboratorio.

-Técnica de laminado manual -Cálculos para la determinación de la cantidad de resina y catalizador necesarios -Técnica de laminado manual asistido por vacío -Cálculos para la determinación de la cantidad de resina y catalizador necesarios

-Manual de prácticas de laboratorio -Libros de texto -Manual de prácticas de laboratorio -Libros de texto


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reforzado con fibras. Conocer los principios básicos de la técnica de infusión de resina y aplicarlos en la fabricación de un material compuesto reforzado con fibras. Conocer el efecto de la temperatura sobre los tiempos de curado del polímero en la fabricación de un material compuesto reforzado con fibras. Conocer el efecto de la

Reporte de la práctica y pieza final. Reporte de la práctica y pieza final. Reporte de la práctica y pieza final.

-Presentación -Contenido -Estructura -Tiempo de entrega -Presentación -Contenido -Estructura -Tiempo de entrega -Presentación -Contenido

Se explicará los principios básicos de la técnica de infusión de resina. Elaboración de una pieza en el laboratorio. Se explicará el efecto de la temperatura sobre los tiempos de curado del polímero. Elaboración de una pieza en el laboratorio. Se explicará el efecto de la presión y temperatura sobre

-Técnica de infusión de resina -Cálculos para la determinación de la cantidad de resina y catalizador necesarios -Técnica de curado en horno -Cálculos para la determinación de la cantidad de resina y catalizador necesarios -Técnica de curado en autoclave



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presión y temperatura sobre los tiempos de curado del polímero en la fabricación de un material compuesto reforzado con fibras.

-Estructura -Tiempo de entrega

los tiempos de curado del polímero. Elaboración de una pieza en el laboratorio.

-Cálculos para la determinación de la cantidad de resina y catalizador necesarios

-Manual de prácticas de laboratorio -Libros de texto


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Unidad temática 4: Caracterización de propiedades físicas y mecánicas de materiales compuestos reforzados con fibras. Competencias particulares: Determinar la densidad de los materiales fabricados por las diferentes técnicas, basándose en el método de Arquímedes, y determinar el módulo de elasticidad, porcentaje de elongación y el esfuerzo máximo a la ruptura.





Determinar la densidad de los materiales fabricados por las diferentes técnicas y realizar la comparación entre ellos y los materiales metálicos aeronáuticos. Someter los materiales compuestos a cargas de tensión y realizar los cálculos para conocer el módulo de elasticidad, porcentaje de elongación y el esfuerzo máximo a la ruptura.

-Reporte de la práctica -Probetas -Reporte de la práctica -Probetas

-Presentación -Contenido -Estructura -Cálculos -Tiempo de entrega -Presentación -Contenido -Estructura -Cálculos -Tiempo de entrega

Se explicará el método para determinar la densidad de materiales sólidos no porosos basandóse en el método de Arquímedes. Se explicará la ley de Hooke y se interpretará la curva de esfuerzo-deformación de un material compuesto reforzado con fibras.

-Principio de Arquímedes -Cálculos para la determinación de la densidad de materiales sólidos no porosos. -Esfuerzo de tensión -Ley de Hooke -Porcentaje de elongación -Esfuerzo máximo a la ruptura.



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Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) Evidencia Ponderación Redacción del reglamento del laboratorio 10% Entrega de formato de reporte 10% Problemas de cálculo de relación másica 10% Reporte de la práctica 4 10% Reporte de la práctica 5 10% Reporte de la práctica 6 10% Reporte de la práctica 7 10% Reporte de la práctica 8 10% Reporte de la práctica 9 10% Reporte de la práctica 10 10% Fuentes de apoyo y consulta: Libro: Structural Composite Materials

Autor: F.C. Campbell Editorial: ASM International, First Edition Libro: Composite Materials, Science and Engineering

Autor: Krishan K. Chawla Editorial: Springer, Second Edition

Libro: Advanced Composites

Autor: Cindy Foreman Editorial: Jeppesen, Second Edition


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Libro: Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials

Autor: F.C. Campbell Editorial: Elsevier , First Edition Libro: Essentials of Advanced Composite Fabrication and Repair

Autor: Louis C. Dorwoth, Ginger L. Gardiner, Greg M. Mellema Editorial: Aviations Supplies and Academics, Inc, First Edition

o Tema: Tutorials of Composites Materials Manufacturing Liga: http://www.easycomposites.co.uk/#!/composites-tutorials

Fecha última revisión: Septiembre de 2015

Perfil del docente: El profesor deberá tener grado mínimo de maestría y/o doctorado en Materiales o en ramas afines, que demuestre conocimiento, habilidad y experiencia en el área de Materiales, así como en el dominio de un segundo idioma (Ingles). Ficha bibliográfica del profesor: La Dra. María de Jesús de la Garza Galván es egresada de la carrera de Licenciado en Química Industrial por la UANL (2006) y Doctor en Química de los Materiales por la Universidad Autónoma de Nuevo León (2013). Actualmente se desempeña como profesora investigadora del área de Aeronáutica de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, contando con los reconocimientos de nuevo PTC por el PRODEP y de nivel candidato por el SNI. Es autor de 4 trabajos científicos publicados en revistas indizadas internacionales.


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El Dr. Ulises Matías García Pérez es egresado de la carrera de Licenciado en Química Industrial por la UANL (2005) y Doctor en Ingeniería de Materiales por la Universidad Autónoma de Nuevo León (2011). Actualmente se desempeña como profesor investigador del área de Aeronáutica de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, contando con los reconocimientos de Perfil Deseable por el PRODEP y de nivel I por el SNI. Es autor de 11 trabajos científicos publicados en revistas indizadas internacionales y cuenta con 173 citas tipo A.

JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO Dra. Bárbara Bermúdez Reyes Dr. Luis Arturo Reyes Osorio Dr. Ulises Matías García Pérez Dr. Arnulfo Treviño Cubero

COORDINACIÓN DE LA DIVISIÓN SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA DE AERONÁUTICA


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CONTROL DE CAMBIOS

Página Decía Dice Motivo del Cambio Fecha

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