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UANL - FIME Nombre de la Unidad de Aprendizaje 1

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 3 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: Materiales Compuestos I y Laboratorio Frecuencia semanal: 3 hrs. Horas presenciales: 45 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 28 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 laboratorio Fecha de elaboración: 02/10/2015 Fecha de la última actualización: 17/01/2017 Responsables del diseño: Dra. María de Jesús de la Garza Galván Dr. Ulises Matías García Pérez

Presentación:

Esta unidad de aprendizaje se divide en 2 etapas, en la primera se verán conceptos básicos relacionados con los materiales compuestos, agentes de reforzamiento y tipos de matrices poliméricas. En la segunda, se abordarán temas concernientes a las técnicas empleadas para la manufactura de materiales compuestos de matriz polimérica tanto termofija como termoestable y los herramentales utilizados en los diferentes procesos de fabricación.


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Propósito:

Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad que el estudiante comprenda los conceptos básicos relacionados con los materiales

compuestos y las técnicas de manufactura, para llevar a cabo la selección, diseño y manufactura de componentes aeronáuticos ligeros con el objetivo de sustituir los materiales convencionales, tomando en consideración las propiedades físicas, mecánicas y térmicas requeridas para la aplicación aeronáutica de interés.

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:

• Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones

oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional. • 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

Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y

campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones

oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional.

Estudiar la composición de las partes aeronáuticas fabricadas en material

compuesto.Conocer las características de los

diferentes componentes aeronáuticos.

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.

Integradoras

Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la

realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global

interdependiente.

Aplicar los conocimientos en materiales compuestos para seleccionar, diseñar y

manufacturar un componente aeronáutico.

Identificar el contenido óptimo de agente de refuerzo para obtener un material compuesto con buenas propiedades

mecánicas.

Correlacionar las propiedades físicas, mecánicas y térmicas con el diseño de

componentes aeronáuticos.

Manufacturar un componente aeronáutico en material compuesto considerando las propiedades de sus

constituyentes.


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Unidad temática 1: Introducción a los Materiales Compuestos Competencias particulares: Describir los componentes que conforman un material compuesto, así como las propiedades físicas, mecánicas y térmicas que presentan. Conocer las diferencias entre materiales isotrópicos, anisotrópicos y ortotrópicos y cómo afecta a las propiedades mecánicas del material.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Describir los componentes básicos que conforman un material compuesto, así como conocer las propiedades físicas, mecánicas y térmicas.

Gráfica de regla de las fases para constituyentes empleados en el sector aeronáutico, problemas de conversión de fracción volumétrica a fracción másica y problemas de cálculo de módulo de elasticidad de materiales compuestos reforzados con fibras continúas bajo condiciones de isodeformación e isotensión.

Gráfica: -Presentación -Contenido -Análisis de resultados -Conclusiones -Fuentes de consulta -Tiempo de entrega Problemas: -Procedimiento -Resultado -Tiempo de entrega

Se describirán los componentes básicos que conforman un material compuesto. Se explicará el concepto de material isotrópico, anisotrópico y ortotrópico y su correlación con las propiedades mecánicas. Se estudiarán las propiedades físicas, mecánicas y térmicas de los materiales compuestos aeronáuticos. Se realizarán problemas para reforzar el concepto de propiedades mecánicas de las fibras en un material compuesto en condiciones de isodeformación e isotensión.

-Introducción a materiales compuestos. -Materiales isotrópicos, anisotrópicos y ortotrópicos. -Propiedades físicas, mecánicas y térmicas. -Ventajas y desventajas de materiales compuestos. -Aplicaciones de materiales compuestos en aeronáutica.

-Salón de clases -Pintarrón -Libros de texto -Fuentes digitales de consulta


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Unidad temática 2: Agentes de refuerzo Competencias particulares: Identificar los diferentes agentes de refuerzo utilizados en materiales compuestos aeronáuticos y sus características; tales como, forma, tamaño, distribución y posición, así como sus propiedades físicas y mecánicas. Conocer los procesos de manufactura y tejido de fibras.




Identificar los diferentes agentes de refuerzo utilizados en materiales compuestos aeronáuticos, sus características e influencia que tiene sobre las propiedades físicas y mecánicas.

Investigación: Fibras utilizadas para la fabricación de componentes aeronáuticos: características y métodos de procesamiento.

Investigación: -Presentación -Contenido -Fuentes de consulta -Tiempo de entrega

Se describirán los diferentes agentes de refuerzo utilizados en materiales compuestos aeronáuticos y sus características.

Se estudiará la influencia que tiene la forma, tamaño, distribución y posición de los agentes de refuerzo sobre las propiedades del material compuesto.

Se realizarán problemas para reforzar la nomenclatura de las fibras en un laminado de material compuesto.

-Clasificación de los agentes de refuerzo. -Terminología de fibras -Tipos de fibras: vidrio, carbono, aramida, polietileno de ultra alto peso molecular, grafito. -Propiedades físicas y mecánicas de fibras. -Procesos de manufactura y tejido de fibras.



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Unidad temática 3: Matrices poliméricas Competencias particulares: Identificar los diferentes sistemas de matriz polimérica utilizados en la fabricación de materiales compuestos, tanto termofijos como termoplásticos, empleados en componentes aeronáuticos, así como sus propiedades físicas y térmicas. Conocer los diferentes métodos de control de calidad de matrices poliméricas.




Identificar los diferentes sistemas de matriz polimérica termofijos y termoplásticas que se emplean en la fabricación de componentes aeronáuticos. Estudiar los diferentes métodos de control de calidad de matrices poliméricas.

Investigación: Matrices poliméricas con aplicaciones aeronáuticas


Se estudiarán los diferentes sistemas de matriz polimérica utilizados en la fabricación de componentes aeronáuticos. Se explicarán diversos métodos de control de calidad de matrices poliméricas.

-Definición de polímeros termofijos y termoplásticos. -Matrices poliméricas termofijas: poliester, epoxy, bismalimida, fenólicas y poliamidas. -Matrices poliméricas termoplásticas: polipropileno, polietileno, polietercetonas (PEKK y PEEK), polieteramina (PEI) -Propiedades físicas y térmicas de las matrices poliméricas. -Métodos de control de calidad de matrices poliméricas (ensayos químicos, reológicos y térmicos).



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Unidad temática 4: Técnicas de fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados 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 las diferentes técnicas de fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras utilizadas para la manufactura de componentes aeronáuticos.

Investigación: Métodos de manufactura de componentes aeronáuticos fabricados en material compuesto de matriz polimérica reforzado con fibras.


Se estudiarán los diferentes métodos de procesamiento de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras. Se identificarán los herramentales necesarios para la fabricación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras.

Laminado manual (hand lay-up) Laminado asistido por bolsa de vacío (vaccum bag moulding) Infusión de resina (resin transfer moulding) Procesos de aceleramiento de curado (horno y autoclave)



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Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) Evidencia Ponderación Problemas de regla de las fases y conversión 5% Investigación de fibras 5% Investigación de matrices poliméricas 5% Investigación de métodos de manufactura 5% Examen de medio curso 20% Examen ordinario 30% Producto integrador de aprendizaje: Producto integrador 30%

Al finalizar esta unidad de aprendizaje el estudiante deberá demostrar sus habilidades y conocimientos obtenidos en el curso mediante la realización de una propuesta de sustitución de material para la fabricación de un componente aeronáutico. La propuesta deberá involucrar la aplicación de los conceptos de las unidades temáticas de la unidad de aprendizaje de Materiales Compuestos I y Laboratorio. La selección de materiales y procesos de manufactura necesarios deberá tomar en cuenta las propiedades físicas, mecánicas y térmicas de los constituyentes y del material final. 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


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& Libro: Advanced Composites

Autor: Cindy Foreman Editorial: Jeppesen, Second Edition

& 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


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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.

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. Dra. Bárbara Bermúdez Reyes M.I. Brenda Elizabeth Arreola Flores

JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO 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

1 Fecha de la última actualización: 02/10/2015 Fecha de la última

actualización: 17/01/2017

Actualización del programa analítico 17/01/2017

5 Diagrama conceptual de clasificación de materiales compuestos aeronáuticos Nada Eliminar evidencia de

aprendizaje 17/01/2017

5

Diagrama conceptual: -Presentación -Contenido -Fuentes de consulta -Tiempo de entrega

Nada Eliminar evidencia de aprendizaje 17/01/2017

7 Diagrama conceptual Investigación Cambiar evidencia de aprendizaje 17/01/2017

9 Diagrama conceptual de materiales compuestos 5% Nada Eliminar evidencia de aprendizaje 17/01/2017

9 Examen de medio curso 25% Examen de medio curso 20% Cambiar ponderación 17/01/2017

9 Examen ordinario 25% Examen ordinario 30% Cambiar ponderación 17/01/2017

9 Producto integrador 25% Producto integrador 30% Cambiar ponderación 17/01/2017

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