informe de trayectoria investigativa en el semillero de
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INFORME DE TRAYECTORIA INVESTIGATIVA EN EL SEMILLERO DE
MATERIALES
JHON ALEXANDER TORRES TIQUE
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS SECCIONAL TUNJA
DIVISION DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA
TUNJA
2021
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INFORME DE TRAYECTORIA INVESTIGATIVA EN EL SEMILLERO DE
NUEVOS MATERIALES
JHON ALEXANDER TORRES TIQUE
Informe para optar al título de
INGENIERO MECÁNICO
Tutor de investigación: Juan Rodrigo Salamanca Sarmiento, Ingeniero Metalúrgico.
Tutor metodológico: Edwin Rúa Ramírez, Decano de la Facultad
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS SECCIONAL TUNJA
DIVISION DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA
TUNJA
2021
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NOTA DE ACEPTACIÓN:
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-------------------------------------------------- Firma del presidente del jurado
-------------------------------------------------- Firma del jurado
-------------------------------------------------- Firma del jurado
Tunja, 07 de Mayo del 2021
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Contenido
LISTA DE FIGURAS 5
RESUMEN 6
INTRODUCCIÓN 7
TRABAJOS Y PRODUCTOS ENTREGADOS 9
1. 8
1.1 8
1.2 8
1.3 9
2. 9
2.1 10
2.2 10
2.3 11
3. 17
3.1 17
3.2 17
3.3 18
4. 20
4.1 20
4.2 21
4.3 21
CONCLUSIONES 25
LISTA DE FIGURAS
5
Fig. 1 Paneles de Tetrapack-polimero para mobiliarios 10 Fig. 2 VTH's en distintos tipos de material 10 Fig. 3 Diseño y construcción de un Vehículo de Tracción Humana VTH . 13 Fig. 4 Diseño y construcción de juntas de guadua polímero.. 14 Fig. 5 cuadro de imágenes donde se evidencia el proceso aplicado a las probetas de guadua-polímero. 14 Fig. 6 Mención de Honor al estudiante investigador. 15 Fig. 7 Certificado de la sustentación realizada 15 Fig. 8 Certificado de la participación del estudiante en el Congreso Internacional de Ingenierías 2019. 16 Fig. 9 Publicación de la revista Ingenio Magno. 17 Fig. 10 Probetas para aplicar cordones de soldadura y probetas donde se aplicó un proceso de Metalografía 19 Fig. 11 Certificado de participación en calidad de ponente al Ingeniero Juan salamanca 20 Fig. 12 Presentación del articulo Evaluación del efecto acumulativo de la temperatura de una junta soldada 20 Fig. 13 Diseño CAD de una cámara de niebla salina para envejecido de materiales 23 Fig. 14 Fabricación de probetas de acero, Aluminio y cobre, aplicación del ensayo corrosivo y de temperatura. 23 Fig. 15 Artículo Estudio de la degradación y corrosión en tuberías de cobre, aluminio y acero expuestas a ambientes salinos. 24
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RESUMEN
El presente informe redacta y presenta evidencias concretas acerca de la trayectoria
en el Semillero de Investigación de Materiales que realizo el postulado a graduado,
tomando como alternativa de grado este proceso que la Universidad Santo Tomas
USTA seccional Tunja permite a sus estudiantes de pregrado. En este informe se
puede observar puntualmente las colaboraciones que realizo el aprendiz en cada
proyecto, siendo un total de 4 proyectos en los cuales el estudiante tuvo
participación, titulados así:
● Diseño Y Fabricación De Paneles Para La Construcción De Mobiliario
Básico, A Base De Recipientes De Tetrapack Reciclados.
● Diseño Y Construcción De Chasis Para Vehículo De Tracción Humana
(Vth), Con Material Compuesto De Reciclaje.
● Diseño Y Construcción De Un Convertidor Rotativo Para Instalar En Torno
Paralelo, Para Operaciones De Mecanizado Plano A Diferentes Ángulos
● Evaluación Del Envejecido De Materiales Para El Mantenimiento De
Motores
Cada proyecto donde se tuvo la participación del estudiante, se ha especificado las
respectivas fechas donde ocurrieron los eventos que sustentan la participación
activa del postulado a graduado. En este recorrido se puede observar la cantidad
de material informativo que se recolecto gracias a la integración del aprendiz en el
Semillero de Materiales, de esta manera podemos verificar los conocimientos
adicionales que se adoptaron.
INTRODUCCIÓN
7
El presente informe tiene como objetivo evidenciar el trabajo realizado en el
semillero de investigación de Nuevos Materiales, que se realizó por parte del
aspirante a graduado del programa de Ingeniería Mecánica, durante su formación
académica, tomando como opción de grado la investigación, siendo esta una
alternativa viable para los estudiantes pertenecientes a la Universidad Santo
Tomas, ya que esta opción además de ser un beneficio a largo plazo, también
genera una mayor profundización por parte del estudiante en los temas que este
considere más atractivos dentro de la carrera de Ingeniería Mecánica.
El proceso de realizar investigación desde semestres tempranos es algo que
debería ser fuertemente estimulado en la Universidad, ya que esto permite guiar al
alumno hacia qué línea de trabajo le es más tentativa su participación. Por otro lado
permite la entrega de herramientas a la hora de solucionar problemas de ingeniería,
cabe resaltar el trabajo grupal que se desarrolla en estos espacios, ya que es
necesaria la colaboración para concluir un proyecto, es de esta manera cómo
podemos observar que se genera una simulación de trabajo en el mundo real, dando
al estudiante una mayor adaptabilidad para trabajar en conjunto
El orden en que se presentaran las evidencias de participación en el semillero, será
nombrando el proyecto en el cual se trabajó, con un título, seguidamente una breve
explicación de lo que se realizó en cada trabajo y si en algún proyecto hubo
publicación o sustentación se anexaran las respectivas evidencias.
Es necesario presentar un reconocimiento y agradecimiento al ingeniero Juan
Salamanca, quien siempre estuvo dispuesto a prestar su ayuda y sus conocimientos
dentro del Semillero de Nuevos Materiales, gracias a él, muchos estudiantes se
inclinan hacia la investigación quizás sin saber de su gran importancia dentro de sus
vidas.
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TRABAJOS Y PRODUCTOS ENTREGADOS
Se presentaran de manera cronológica y ordenada cada uno de los proyectos,
pertenecientes al Semillero de Materiales, el cual hace parte de la Facultad de
Ingeniería Mecánica, de la Universidad Santo Tomas seccional Tunja donde el
estudiante tuvo participación y algún producto que evidenciar como estudiante
investigador, desde el periodo 2017-1 donde se hizo efectiva la vinculación al
semillero de nuevos materiales por parte del estudiante, hasta el periodo final de
estudio 2021-1.
1. DISEÑO Y FABRICACIÓN DE PANELES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE MOBILIARIO BÁSICO, A BASE DE RECIPIENTES DE TETRAPACK RECICLADOS.
1.1 DESCRIPCIÓN.
El inicio de este proyecto se dio en Febrero del año 2015 y tuvo su final para
Junio del 2018. Este trabajo tenía como finalidad el reciclaje de material
tetrapack y su reutilización en bloques para construcción de mobiliario, para ello
era necesaria la molienda de este material, y agregando un poco de polímero
como elemento de refuerzo se le otorgaba una mayor estabilidad a este
compuesto. Era necesario vincular una fuente térmica que incrementara la
temperatura y con un molde se estructuraba la geometría al bloque.
1.2 PARTICIPACIÓN.
El estudiante investigador en dirección del Ingeniero Juan Salamanca realizo
tareas de construcción a partir de la mitad del periodo 2017-1 de paneles de
material compuesto (Figura 1), se realizaron diseños y la construcción de VTH’s
en distintos materiales, y para finalizar el trabajo de este proyecto, se realizaron
colaboraciones en la construcción de uniones poliméricas de material reciclado.
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1.3 PRODUCTOS.
● Paneles de material compuesto tetrapack-polimero (Fig. 1)
● Vehículos de tracción humana para concurso en el año 2017 (Fig.
2)
Fig. 1 Paneles de Tetrapack-polimero para mobiliarios desarrollados en el Semillero de Materiales en la USTA Tunja durante el año 2017 (evidencias de fabricación) Fuente: semillero de materiales
Fig. 2 VTH's en distintos tipos de material para concurso efectuado en el Campus de la Usta Tunja por parte de la Facultad de Ingeniería Mecánica en el año 2017, en el cual se evaluaron distintos materiales para la construcción de un vehículo de tracción humana. Fuente: El autor
2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CHASIS PARA VEHICULO DE
10
TRACCIÓN HUMANA (VTH), CON MATERIAL COMPUESTO DE RECICLAJE.
2.1 DESCRIPCIÓN
Tuvo su inicio en febrero del año 2018 y finalizo en noviembre del 2019. Fue un
proyecto que tenía como iniciativa presentar alternativas para dos factores, el
primero atacando la movilidad en la ciudad, y el segundo factor los materiales
con los que se construían estos prototipos de vehículos. En cuestión se
evaluaron distintos tipos de materiales para la construcción de los VTH´s de tal
manera que para cada vehículo se le realizaron diseños distintos para ver la
efectividad en las cargas que podían soportar dependiendo el material, así
también se podía comprobar el costo de cada vehículo y de esta manera
determinar por medio de criterios de costos, efectividad e innovación.
Adicionalmente dentro de este proyecto se realizaron juntas de guadua polímero
creando así la posibilidad de presentar un artículo de investigación que
adicionalmente suponía ser una alternativa novedosa en el tema de juntas para
proyectos con guadua.
2.2 PARTICIPACIÓN
Para este proyecto el estudiante investigador realizo la construcción de documentos
del semillero de materiales, se realizó la construcción de un VTH en guadua-
polímero (Fig.3), en este punto fue necesario evaluar la efectividad que
tenían las uniones del VTH construido por lo cual se realizaron pruebas a las
uniones, construyendo varias probetas de la unión del polímero con la
guadua y de esta manera poder medir la flexibilidad y la tracción que esta
unión presentaba. Cuando ya se tenía construido un documento de
investigación y fue aprobado para la revista Ingenio Magno de la Universidad
Santo Tomas seccional Tunja, el estudiante participo en una ponencia de la
jornada de investigación en 3 minutos (I3M) realizada en el periodo 2019-2
11
con el articulo Evaluación del comportamiento mecánico de uniones de
guadua Angustilofolia Kunth (GAK) y polietileno de baja densidad
(PEBD). De igual manera dentro de este mismo periodo académico se
realizó el II Congreso Internacional en Diseño, Fabricación y Nuevos
Materiales (CIDIFAM). Realizado en la USTA Tunja donde el estudiante
investigador presento el artículo de investigación anteriormente citado y de
igual manera una ponencia.
2.3 PRODUCTOS
● Vehículo de tracción humana(VTH) en guadua-polímero construido en
laboratorios de la Universidad Santo Tomas seccional Tunja, durante
el año 2017-2018 (Fig. 3)
● Diseño de uniones guadua-polímero elaboradas en el año 2018 en la
USTA Tunja, en los laboratorios de Ingeniería Mecánica (Fig.4).
● Evaluación de uniones guadua-polímero donde se aplicaron pruebas
de flexión, tracción y revisión en microscopio para determinar a
cohesión entre la guadua y el polímero.(Fig.5)
● Se otorgó un reconocimiento al estudiante investigador por su trabajo
y participación activa en el semillero de investigación, esta Mención
de Honor fue otorgada en septiembre del 2018. (Fig.6)
● Sustentación en la jornada de investigación en 3 minutos I3M
realizada en el año 2019 en las instalaciones de la Universidad Santo
Tomas de Tunja con la ponencia titulada: “Material compuesto
guadua-polímero” (Fig.7)
● Sustentación en el Congreso Internacional de Ingenierías 2019, V
Congreso Internacional de Instrumentación, Control y
Telecomunicaciones CIICT, y II Congreso Internacional en Diseño,
Fabricación y nuevos materiales CIDIFAM con la ponencia
12
Evaluación del Comportamiento Mecánico de Uniones de Guadua
Angustifolia Kunth(GAK)- Polietileno de Baja Densidad (PEBD).
(Fig.8)
● Se efectuó la publicación del artículo titulado Evaluación del
Comportamiento Mecánico de Uniones de Guadua Angustifolia
Kunth(GAK)- Polietileno de Baja Densidad (PEBD), en la revista
Ingenio Magno(ISSN Impresa 2145-9282 ISSN En línea 2422-2399.
Vol 10, No.2.pp.1-171.)perteneciente a la Universidad Santo Tomas.
Siendo recibido el artículo el 17 de Noviembre del 2019 y su
aprobación fue efectuada el 06 de marzo del año 2020. (Fig.9)
Fig. 3 Diseño y construcción de un Vehículo de Tracción Humana VTH fabricado a base de guadua Angustifolia Kunth y Polimero de baja densidad, en las instalaciones de la USTA Tunja, durante el periodo
2018-2019. aca se evidencia en el mosaico de imagenes el proceso de contruccion y la entrega del proyecto final. Fuente: El autor.
13
Fig. 4 Diseño y construcción de juntas de guadua polímero. En el conjunto de imágenes se puede observar los ángulos seleccionados 180°,90° y unión nodal de tres secciones de guadua. Fuente: (Salamanca,2018)
Fig. 5 cuadro de imágenes donde se evidencia el proceso aplicado a las probetas de guadua-polímero, y su
respectivo corte trasversal para observación de cohesión entre los dos materiales. Fuente: (Salamanca,2018)
14
Fig. 6 Mención de Honor al estudiante investigador durante el año 2018 en la actividad de premios Sol de
Aquino realizado en septiembre del mismo año. Fuente: El autor.
Fig. 7 Certificado de la sustentación realizada con el título Material compuesto Guadua-polímero en la Tercera
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Jornada de Investigación en 3 Minutos I3M realizado en la USTA Tunja en el periodo2019-1. Fuente: El autor
Fig. 8 Certificado de la participación del estudiante en el Congreso Internacional de Ingenierías 2019 en
calidad de ponente con el articulo Evaluación del Comportamiento Mecánico de Uniones Guadua Angustifolia
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Kunth (GAK)-Polímero de Baja Densidad (PEBD). Realizado en el periodo 2019-2 en la USTA Tunja. Fuente: El autor.
Fig. 9 Publicación de la revista Ingenio Magno ISSN Impresa 2145-9282 ISSN En línea 2422-2399. Vol 10,
17
No.2.pp.1-171. Artículo: Evaluación del Comportamiento Mecánico de Uniones Guadua Angustifolia Kunth (GAK)-Polímero de Baja Densidad (PEBD) siendo aprobado el 06 de Marzo del 2019. Y publicado para Julio-
Diciembre del mismo año. Fuente: El autor
3. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CONVERTIDOR ROTATIVO PARA INSTALAR EN TORNO PARALELO, PARA OPERACIONES DE MECANIZADO PLANO A DIFERENTES ÁNGULOS
3.1 DESCRIPCIÓN
El inicio de este proyecto de semillero se dio en febrero del 2018 y vio su
culminación en noviembre del 2019. Existieron dos enfoques en el trabajo que
se realizó, el primero fue el diseño y construcción de una trituradora de polímero
y materiales blandos. El segundo la evaluación de los efectos de la temperatura
sobre una junta de soldadura. Para el primer enfoque se realizaron diseños y
bosquejos en Autodesk Inventor para verificar el modelo más óptimo para llevar
a cabo. Al final se logró entregar una trituradora que produce materiales de un
centímetro de sección y con capacidad de 20 kilogramos por hora.
Para el enfoque de la distribución de temperaturas en la junta de soldadura se
usó una lámina de acero AISI-SAE 1020 donde se aplicaron tres cordones de
soldadura, para este caso la idea era comprender el comportamiento que adopta
la temperatura al estar en contacto con la lámina durante el periodo de aplicación
de la soldadura, de esta manera determinar la distribución real que se obtenía
de este proceso. Se logró observar por medio de muestras de metalografía como
la distribución de temperatura era variante a lo largo de la lámina soldado,
entregando de esta manera una variación en los cambios de propiedades que
se presentan por la temperatura.
3.2 PARTICIPACIÓN
Para este proyecto se contó con la participación del estudiante en la redacción
de documentos para investigación, recolección de datos y trabajo de laboratorio
colaborando en el desarrollo del macro ataque y el ensayo metalográfico
aplicado a las muestras, de este proyecto se obtuvo un documento de
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investigación titulado Evaluación del efecto acumulativo de la temperatura
de una junta soldada. El cual fue presentado a la Revista Respuestas de
Cúcuta (artículo aún en proceso de revisión de la revista.) y como ponencia en
el Congreso Internacional de Materiales realizado en el segundo periodo
académico del año 2019 en la Universidad Industrial de Santander, siendo el
exponente el Ingeniero Juan salamanca, director del proyecto y quien
Represento el trabajo realizado.
3.3 PRODUCTOS ● Probetas de acero AISI-SAE1020 con dimensiones 20x25x0.9 (cm) para
aplicar cordones de soldadura y probetas a las cuales se les realizo macro
ataque y seguidamente ensayo metalográfico. (Fig.10)
● Sustentación en el Congreso Internacional de Materiales (CIM) realizado
en la Universidad Industrial de Santander (UIS) con la ponencia titulada:
“Evaluación del efecto acumulativo de la temperatura de una junta
soldada”. La ponencia fue realizada por el Ingeniero Juan Salamanca en
representación de los participantes en la construcción del artículo y de la
USTA Tunja. (Fig.11)
● Artículo de investigación en proceso de evaluación en la Revista
Respuestas de Cúcuta. Titulado: “Evaluación del efecto acumulativo de la
temperatura de una junta soldada” (Fig.12)
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Fig. 10 probetas para aplicar cordones de soldadura y probetas donde se aplicó un proceso de Metalografía para determinar las afecciones de la temperatura sobre el material Fuente: semillero de Materiales.
Fig. 11 Certificado de participación en calidad de ponente al Ingeniero Juan salamanca quien represento a la USTA con el artículo: “Evaluación del efecto acumulativo de la temperatura en una junta soldada”. Fuente: Ing.
Salamanca
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Fig. 12 Presentación del articulo Evaluación del efecto acumulativo de la temperatura de una junta soldada, el
cual está en revisión de la revista Respuestas de Cúcuta de la UIS. Fuente: Semillero de materiales.
4. EVALUACIÓN DEL ENVEJECIDO DE MATERIALES PARA EL MANTENIMIENTO DE MOTORES
4.1 DESCRIPCIÓN
El trabajo comenzó en junio del 2019 y tendrá su terminación para junio del 2021.
Para este proyecto se tuvo la colaboración del Ingeniero Ivan Villamizar,
quien teniendo conocimientos en el área de motores participo de los trabajos
realizados, ya que lo que se pretendía elaborar era un estudio de la
degradación que sufren algunos componentes en la parte interna del motor,
ya sea por la fluctuación de temperaturas o por los gases corrosivos que
pueden atacar la estructura metálica, a pesar de estar diseñados para
funcionar bajo estas condiciones, se quería conocer el proceso por el que
deben pasar a lo largo de su vida útil. En guía del ingeniero Juan Salamanca
se realizaron estudios de viabilidad acerca del diseño y construcción de una
cámara de niebla salina, la cual permitiría el desarrollo de la evaluación de
condiciones extremas para distintos tipos de materiales. El diseño y
21
construcción de esta máquina supone ser un reto bastante alto para los
estudiantes adoptados en el semillero de investigación de Materiales ya que
es algo que está en proceso y se quiere llegar a realizar esta construcción
con las bases que se han dejado, como lo fueron algunas cotizaciones y
diseños para la construcción de esta cámara de niebla salina. De igual
manera se construyó un documento de investigación en el cual se plasmó el
material más adecuado para funcionar como ducto de transporte en la
máquina.
4.2 PARTICIPACIÓN
El estudiante investigador, realizo búsquedas en bases de datos acerca de
estados del arte para este proyecto. Como fue mencionado anteriormente, era
necesario realizar cotizaciones de los componentes para la fabricación de una
cámara de envejecido, y en este punto el estudiante presto su participación
realizando algunas cotizaciones a distintas empresas del país. Otro punto en la
participación del estudiante se ve reflejado en el documento de investigación que
fue realizado en colaboración con algunos compañeros y adicionalmente con un
estudiante perteneciente a la Universidad Señor de Sipán de Perú, articulo que
fue presentado y publicado en la revista Ciencia Tecnología e Innovación de la
USS. Este documento tenía como finalidad verificar cual material podría ser el
más óptimo en el transporte de fluidos dentro de la cámara de niebla salina, por
lo cual fue necesario elaborar probetas de cobre, aluminio y acero, dichas
probetas fueron sometidas a variaciones de temperatura y ambientes ácidos, y
de esta manera se pudo observar los cambios o afecciones más relevantes en
cada material por medio de metalografía.
4.3 PRODUCTOS
● Diseño de una cámara de niebla salina por medio del software
inventor, se plasmaron las bases para continuar con este
proyecto.(Fig.13)
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● Probetas para estudio de la degradación sufrida por sustancias
corrosivas en materiales de acero, aluminio y cobre, y su estudio
metalográfico.(Fig14)
● Artículo presentado a la revista Ingeniería: Ciencia, Tecnología e
Innovación (ISSN: 2313-1926), titulado: “Estudio De La Degradación
Y Corrosión En Tuberías De Cobre, Aluminio Y Acero Expuestas A
Ambientes Salinos.” Este documento fue recibido en Junio del 2020 y
se le otorgo la aprobación en Noviembre del mismo año. (Fig. 15)
Fig. 13 Diseño CAD de una cámara de niebla salina para envejecido de materiales realizado en Autodesk Inventor con licencia de la USTA Tunja. Fuente: Semillero de Materiales.
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Fig. 14 Fabricación de probetas de acero, Aluminio y cobre, aplicación del ensayo corrosivo y de temperatura,
y finalmente entrega de las muestras micrográficas. Fuente: (Salamanca, Villamizar,2020)
Fig. 15 Artículo Estudio de la degradación y corrosión en tuberías de cobre, aluminio y acero expuestas a
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ambientes salinos. Publicado en la revista Ingeniería: Ciencia, Tecnología e Innovación de la Universidad Señor de Sipán USS de Perú. Fuente: (Salamanca, Villamizar,2020)
CONCLUSIONES
El informe presentado fue redactado en su totalidad por el estudiante investigador,
y la mayoría de las evidencias son de autoría del autor del documento, presentando
de esta manera la trayectoria que se cursó en el Semillero de Investigación de
Materiales dirigido por el Ingeniero Juan Salamanca, de esta manera cualquier
documento presentado en este informe puede ser Verificado por el tutor
mencionado anteriormente.
La investigación en el proceso de formación de un estudiante de pregrado abre el
camino a incrementar de manera paralela el conocimiento que obtiene de sus
materias cursadas, durante la trayectoria de la carrera se pudo observar como
metodologías, procesos o términos mencionados y puestos en práctica en el
25
semillero, luego o al mismo tiempo se podían observar en las materias de carrera,
permitiendo al alumno ir un paso adelante y además generar una mayor
profundización en los distintos temas de Ingeniería.
Los semilleros de investigación son el camino para que los estudiantes al estar
vinculados a estos, aprendan técnicas de recolección de información, análisis de
datos y observaciones más profundas del trabajo, al participar de un semillero,
podemos realizar actividades con más frecuencia en los laboratorios, de esta
manera comprender con mayor profundidad y detalle lo que ocurre en cada proceso,
además es necesario mencionar que la retroalimentación del tutor es más puntual
y activa al ser un trabajo más personalizado. La experiencia adquirida es bastante
fructífera y es necesario recalcar que en los semilleros al existir amplitud de temas
en los cuales decidir investigar, les permite a los estudiantes investigadores, saber
determinar la línea de trabajo que más les atrae, permitiendo de esta manera desde
temprano, seleccionar una línea de profundización para sus vidas.
Es necesario sugerir a las directrices respectivas, prestar más atención a los
proyectos realizados por la facultad de ingeniería mecánica ya que en muchas
ocasiones existen iniciativas con potencial, sin embargo debido al presupuesto que
no se aporta por parte de la universidad, no es posible llevar a cabo dichos trabajos.