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    DESARROLLO DE UN MATERIAL DIDCTICO PARA LA ENSEANZA-APRENDIZAJE DEL

    PROCESO DE SOLDADURA GMAW.

    Juan Sebastin Restrepo1

    Juan Sebastin Rudas2

    RESUMEN:

    En este trabajo se presenta el desarrollo del material didctico: Unidad Didctica Tecnolgica (UDT):

    Modos de transferencia en el proceso GMAW, que se basa en el aprendizaje colaborativo y en la

    integracin de herramientas tecnolgicas. La UDT se desarrolla para la enseanza-aprendizaje de los

    modos de transferencia de metal, presentes en el proceso de soldadura por arco elctrico con proteccin

    gaseosa GMAW (Gas Metal Arc Welding), desde el estudio de los fenmenos fsicos involucrados y sus

    aplicaciones industriales. La UDT est compuesta por tres momentos y espacios: Contextualizacin en el

    aula de clases, Experimentacin en el laboratorio y Creacin en la sala de cmputo. Los momentos de

    socializacin y evaluacin estn distribuidos a largo de la UDT. El desarrollo de este material didctico

    permiti presentar a docentes y estudiantes otras metodologas basadas en la cooperacin y en lainteraccin con ambientes cercanos a la realidad tecnolgica actual, adems de dinamizar la trasferencia

    de conocimiento entre los participantes.

    Palabras-clave:Aprendizaje Colaborativo. Material didctico. Soldadura GMAW. Tecnologas en los

    procesos de educacin. Modos de transferencia.

    1Juan Sebastin Restrepo G. Mestrando em Estudos Interdisciplinares do Lazer pela UFMG (desde 2015). Graduado em

    Engenharia de Controle pela Universidad Nacional de Colombia (2011). Pesquisador do Grupo de Investigacin e Innovacin en

    Energa- GIIEN-(desde 2011), Institucin Universitaria Pascual Bravo, Medelln, Colmbia. E-mail: [email protected] Sebastin Rudas F. Doutorando em Energia pela Universidad Nacional de Colombia (desde 2014). Mestre em Cincias dos

    Materiais pela Universidad Nacional de Colombia (2013). Graduado em Engenharia de Controle pela Universidad Nacional de

    Colombia (2010). Pesquisador do Grupo de Investigacin e Innovacin en Energa- GIIEN-(desde 2011), InstitucinUniversitaria Pascual Bravo, Medelln, Colmbia. E-mail: [email protected]

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    1. INTRODUCCIN

    La idea de integrar herramientas tecnolgicas para la enseanza y aprendizaje del proceso de soldadura

    GMAW, nace de los resultados del proyecto de investigacin Modelamiento dinmico de los modos de

    transferencia del proceso de soldadura GMAW y su implementacin en control automtico,llevado a cabo

    bajo la financiacin de la Institucin Universitaria Pascual Bravo (Medelln, Colombia) durante los aos

    2012 y 2013.

    Dicho proyecto se desarroll en dos etapas: en la primera se realiz una revisin sistemtica de literatura

    sobre el modelamiento matemtico del proceso GMAW y el diseo inicial de un sistema de adquisicin dedatos (SAD) para el monitoreo de las variables elctricas de dicho proceso de soldadura. En la segunda

    etapa, se desarroll un Modelo semifsico de base fenomenolgica (MSBF) donde se utilizaron dos

    metodologas diferentes: El modelamiento fsico-matemtico y la identificacin de sistemas. El modelo

    permiti describir y representar el comportamiento dinmico del voltaje y la corriente, adems de predecir

    el modo de transferencia. Adicionalmente, se realiz la construccin e implementacin del SAD en el

    Laboratorio de Soldadura de la Institucin Universitaria Pascual Bravo para la validacin del MSBF (Rudas

    et al., 2014).

    Partiendo de los resultados obtenidos en el desarrollo del proyecto y de las inquietudes de los

    investigadores desde la labor docente e investigativa, se explor el potencial pedaggico de las

    herramientas desarrolladas (MSBF y SAD) para la enseanza-aprendizaje del proceso de soldadura

    GMAW; dando como resultado la formulacin del proyecto Desarrollo de recursos pedaggicos basados

    en herramientas tecnolgicas y aprendizaje colaborativo para la enseanza del proceso de soldadura

    GMAW, llevado a cabo en el ao 2014 en la misma institucin.

    2. MARCO TERICO

    La asignatura de Procesos de soldadura en los niveles de formacin tcnica y tecnolgica adscritos a la

    Institucin Universitaria Pascual Bravo, tiene como fin brindar herramientas y desarrollar habilidades en los

    estudiantes que les permita planificar, ejecutar, aplicar y supervisar los diferentes procesos de soldadura

    presentes en la industria; entre los cuales se cuenta el proceso de soldadura por arco elctrico con

    proteccin gaseosa (GMAW Gas Metal Arc Welding). Este proceso es ampliamente usado en la industria

    local e internacional debido a sus altas tasas de productividad y su posibilidad de ser automatizado.

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    Adems, presenta algunas ventajas respecto a otros procesos de soldadura, tales como: la utilizacin de

    equipos semiautomticos, la posibilidad de trabajar con diferentes materiales base y de aporte, ofrece una

    alta eficiencia y un amplio rango de posiciones para soldar (LINCOLN, 2015).

    La capacitacin y formacin en el proceso de soldadura GMAW es un tema de inters para investigadores

    y desarrolladores que buscan alternativas para reducir el tiempo, costos y riesgos durante el proceso

    formativo, incrementando la comprensin y mejorando en habilidades especficas. Este inters ha llevado

    a la creacin de recursos pedaggicos como entornos simulados de soldadura y sistemas de adquisicin y

    visualizacin de informacin (CEMIL, 2012).

    La aplicacin e implementacin de buenas prcticas de soldadura requieren una formacin completa que

    abarque el conocimiento de materiales, metalurgia, fenmenos de transferencia de masa y de calor,

    automatizacin de proceso, aseguramiento de la calidad en juntas soldadas, entre otras. En consecuencia,

    la formacin en el campo de la soldadura en general, y especficamente en cualquiera de sus procesos, es

    una tarea compleja y demandante para estudiantes y docentes (ARIAS, 2013). Es por estas razones que,

    en la formacin de operarios, tcnicos e ingenieros, se debe buscar la comprensin e integracin de

    conocimientos tericos, normas tcnicas, criterios de manipulacin de los equipos y evaluacin de la

    calidad de la soldadura con la prctica industrial. Esta integracin es una prioridad para la educacin y laindustria, an ms en pases donde el campo de la construccin aporta sensiblemente en la desarrollo de

    la economa (SUKHOMAY et al., 2008).

    La integracin de la tecnologa en la educacin ha sido un proceso ampliamente estudiado con el fin de

    mejorar las habilidades tecnolgicas de los docentes y estudiantes, y enriquecer los espacios educativos

    con herramientas tecnolgicas acordes a la realidad actual (MIN, 2013). La Unidad Didctica Tecnolgica

    (UDT) plantea un acercamiento interactivo con el proceso de soldadura y los fenmenos asociados,

    haciendo uso del sistema de adquisicin de datos (SAD) como herramienta tecnolgica, que permiteadquirir, visualizar y manipular las seales de voltaje de arco y corriente de soldadura. Esta informacin se

    puede relacionar con caractersticas de la soldadura aplicada como continuidad del cordn, estabilidad de

    arco, penetracin de la junta, propiedades mecnicas de los materiales y calor aportado, entre otras

    (AMRICO, 2012).

    Para integrar efectivamente la tecnologa en el proceso formativo es necesario explorar paradigmas

    pedaggicos alternativos, acordes a las nuevas realidades y posibilidades del contexto educativo. En ese

    orden de ideas, en la UDT se propone el aprendizaje colaborativo como marco de referencia metodolgico,

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    el cual posibilita el trabajo conjunto de los estudiantes para alcanzar objetivos de aprendizaje compartidos,

    de tal forma que completen con xito la tarea o actividad asignada (JOHNSON et al., 1999). Bajo este

    esquema de aprendizaje se busca que los estudiantes tengan intereses compartidos y creen una

    interdependencia positiva que proporcione ms satisfaccin que el beneficio individual, desarrollando

    habilidades sociales y comunicativas que se exploran poco, o nulamente, bajo el esquema tradicional de

    educacin.

    La integracin de la tecnologa en el proceso formativo, desde un paradigma colaborativo permite un

    aprendizaje activo, pues implica una interaccin entre personas y la posibilidad de lograr un consenso,

    adems, genera una posicin consciente del estudiante sobre su proceso de formacin. Se debe tener

    presente que la implementacin planificada de esta metodologa debe hacerse teniendo en cuenta los

    objetivos de aprendizaje, el tamao de los grupos, la asignacin de roles para cada estudiante y el proceso

    de evaluacin e integracin con la asignatura (MARCIA, 2000).

    Para llevar a la prctica las ideas mencionadas es necesario que los componentes temticos, tcnicos,

    tecnolgicos y pedaggicos sean presentados en un formato que evidencia la integracin de estos

    aspectos. Para este fin se elige como modelo estructural la unidad didctica, la cual, entre muchas

    posibilidades, incluye por lo general secuencias de aprendizaje definidas en un periodo de tiempodeterminado, contenidos estructurados y progresivos, actividades sencillas y complejas, mecanismos de

    evaluacin y realimentacin. El desarrollo de unidades didcticas debe ser un proceso de construccin

    dinmica y social, que se origina en las opciones y necesidades detectadas en el ambiente educativo y de

    la realimentacin de informacin en la aplicacin de las unidades (GRAELLS, 2015). Por esto ltimo, la

    UDT es en s misma una propuesta, en la medida que est abierta a la contextualizacin de cada ambiente

    educativo y a las habilidades que se deseen potencializar en los estudiantes.

    3. METODOLOGA

    3.1 Sistema de adquisicin de datos

    En la Fig. 1 se presenta el diagrama del sistema de adquisicin, visualizacin y manipulacin de datos

    desarrollado (SAD). Este sistema se puede dividir, a modo general, en cuatro partes: los sensores que son

    los encargados de adquirir la seal, la tarjeta de adquisicin que se encarga de muestrear, convertir y

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    transmitirlas las seales al computador, el computador que acta como dispositivo de procesamiento e

    interaccin y el software que permite la visualizacin, manipulacin y almacenamiento de los datos

    adquiridos.

    Figura 1. Diagrama del sistema de adquisicin, visualizacin y manipulacin de datos de las

    variables elctricas del proceso GMAW.

    Las dos variables de inters para ser medidas son la corriente de soldadura y el voltaje de arco. Para la

    medicin de la corriente de soldadura se usa un sensor de efecto Hall instalado en el cable de la mquina

    que va de la fuente de poder hacia la pistola de soldadura, este sensor es no invasivo y permite medir

    seales con un amplio rango de frecuencia. Para la medicin de voltaje se realiza un divisor de tensin con

    un filtro analgico, la seal es adquirida desde los bornes de la mquina de manera no invasiva. Las dos

    seales son llevadas a una tarjeta de adquisicin de datos NI-6211 de National Instruments que tiene una

    capacidad de muestreo de hasta 250kS/s y conexin por puerto USB. La construccin del SAD puede ser

    fcilmente replicada y usada en otros procesos de soldadura (RESTREPO, 2011).

    Para el tratamiento digital y el anlisis de las seales se usa el software LabView, creando una interfaz de

    usuario que posibilita la interaccin en lnea entre el usuario y los datos recolectados, en la Fig. 2 se

    muestran las grficas de corriente y voltaje en el tiempo y espectro de frecuencia de la seal de voltaje

    para el modo de transferencia por corto circuito. El diseo de la interfaz se hace teniendo en cuenta el

    enfoque pedaggico del sistema, permitiendo desplegar graficas en el tiempo y la frecuencia de las

    variables adquiridas, obtener valores significativos y almacenar datos en tablas. En la Fig. 3 se presenta la

    interfaz de adquisicin de datos.

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    Figura 2. Seales de corriente y voltaje en el tiempo (arriba) y Transformada Rpida de Fourier para

    la seal de voltaje (abajo), para el modo de transferencia por corto circuito.

    Figura 3. Interfaz de adquisicin de datos

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    3.2 Exploracin del entorno

    El proceso de enseanza-aprendizaje se da bajo situaciones especficas definidas por cada entorno

    pedaggico. Reconocer las necesidades y posibilidades de cada entorno es el punto de partida para el

    desarrollo de recursos didcticos apropiados. Para el desarrollo de la UDT fue tenido en cuenta el punto

    de vista de los estudiantes, docentes, laboratoristas e investigadores, las disposiciones institucionales, as

    como las condiciones de las instalaciones, equipos y suministros. En esta investigacin la exploracin del

    entorno se realiz por medio de encuestas a estudiantes, docentes y directivos, adems de recorridos de

    observacin a las instalaciones fsicas.

    A los estudiantes se les realiz una encuesta guiada por tres preguntas: Qu saben? para identificar los

    conocimientos previos de cada estudiante, tanto a nivel terico como practico-industrial. Qu quieren

    saber? para estar informados sobre las expectativas, inquietudes y necesidades de los estudiantes y, por

    ltimo, Cmo lo quieren saber? donde los estudiantes informan sobre las formas preferidas de abordar el

    proceso de aprendizaje.

    Los docentes son tenidos en cuenta considerando la formacin acadmica y experiencia profesional,

    conocimiento del programa curricular de la asignatura, preferencias metodolgicas y percepcin del

    entorno fsico como aulas de clase, laboratorios y materiales.

    Por ltimo se caracteriz la Institucin Universitaria en referencia a las disposiciones acadmicas para la

    asignatura de procesos de soldadura, los recursos humanos y tcnicos disponibles y las relaciones con

    otras asignaturas y grupos de investigacin.

    3.3 Desarrollo de Guas.

    Los resultados obtenidos de la exploracin del entorno permitieron identificar caractersticas a ser tenidas

    en cuenta durante el desarrollo de la UDT. Principalmente se pudo identificar que una mayora de los

    estudiantes que cursan la asignatura de procesos de soldadura, tienen experiencia laboral en procesos de

    produccin industrial. Esta informacin influenci la seleccin de los contenidos tericos, haciendo

    necesario que estuvieran relacionados con aspectos prcticos y tcnicos, planteando situaciones reales

    del mbito industrial. El uso de normas tcnicas fue otro aspecto importante, dada la necesidad de

    relacionar a los estudiantes con los trminos tcnicos propios del campo de soldadura. A nivel de docentes

    e institucin, la exploracin revelo un dficit en los equipos y materiales de soldadura.

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    Las caractersticas del entorno particular entran a definir las caractersticas de la UDT, con el fin de

    satisfacer las expectativas y necesidades expresadas por estudiantes y docentes, teniendo en cuenta las

    condiciones y objetivos institucionales.

    La UDT est compuesta de dos guas, una para los docentes que sirve de derrotero para la ejecucin de

    las actividades, adems de ofrecer contenidos y material bibliogrfico de apoyo. La segunda gua est

    destina a los estudiantes, presenta un contenido que integra el contexto histrico, conceptos tericos,

    actividades vivenciales e informacin tcnica del proceso GMAW recopilada de diversas fuentes

    bibliogrficas. El formato de las guas, y en general de la UDT, tiene un componente grafico relevante,

    usando grficas, tablas e ilustraciones propias que generan interaccin entre el contenido, los estudiantes

    y el ambiente.

    4 RESULTADOS

    A continuacin se presenta la estructura bsica de la UDT. Los tres momentos que conforman esta unidad

    estn compuesto por contenidos y actividades como se presenta en la Fig. 4. En cada uno de estos

    momentos se establece el espacio de socializacin, el cual permiten poner en comn las experiencias de

    los grupos de trabajo y generar consenso sobre los procedimientos propuestos. Las actividades finales de

    cada momento integran los conocimientos de los momentos previos y son propuestas como modo de

    evaluacin para la UDT.

    Mom ento de contextual izacin: Este momento inicial tiene como finalidad situar el aprendizaje del

    proceso GMAW en un ambiente colaborativo. El contenido que se presenta integra informacin tcnica y

    prctica del proceso GMAW desde un formato rico en ilustraciones.

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    Mom ento de experimentacin:El momento de experimentacin acerca a los estudiantes al proceso de

    soldadura y les permite poner en prctica sus conocimientos y experiencias previas. Este momento busca

    motivar a los estudiantes proponiendo un acercamiento al proceso GMAW ms interactivo por medio del

    uso del SAD como herramienta de adquisicin y registro de informacin.

    Mom ento de creacin: El momento de creacin se plantea como la posibilidad de generar nuevos

    conocimientos partiendo de la informacin y experiencia adquirida en los dos momentos anteriores. El

    desarrollo de este momento se realiza en una sala de cmputo, donde los estudiantes disponen de

    herramientas informticas y acceso a internet para generar un informe completo, integrando los datos

    adquiridos por medio del SAD, los resultados de la validacin del WPS por medio de inspeccin visual y el

    registro en el PQR. Los resultados de cada equipo son presentados en formato digital y socializados.

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    Figura 4. Secuencia de contenidos y actividades de la UDT.

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    5 CONSIDERACIONES

    Las herramientas tecnolgicas y los conocimientos generados en los procesos de investigacin en

    modelamiento y control automtico, del proceso de soldadura GMAW, fueron acondicionados e integrados

    en un recurso didctico para el estudio de los modos de transferencia en un ambiente de trabajo

    colaborativo, dinamizando las relaciones investigador-docente-estudiante y el proceso de aprendizaje en

    general.

    El desarrollo de unidades didcticas, integradas con herramientas tecnolgicas y contenidos actualizados,

    tiene una acogida positiva tanto entre docentes como en estudiantes, enriqueciendo el proceso educativoal disminuir la brecha tecnolgica en relacin a la vida cotidiana de los estudiantes, adems de motivar a

    los docentes a actualizar sus planes de estudio.

    La inclusin de tecnologa en ambientes educativos implica, necesariamente, una transformacin en el

    mtodo pedaggico tradicional. El docente ya no es ms el poseedor de un conocimiento establecido, por

    el contrario se trata de una construccin de conocimiento que se da desde las relaciones entre los

    estudiantes y el entorno, teniendo al docente como mediador de este proceso. En este sentido, el

    aprendizaje colaborativo ofrece posibilidades metodolgicas para el uso efectivo de tecnologa en

    ambientes educativos y los retos que esto conlleva.

    La educacin en general y la Universidad como institucin acadmica, estn llamadas a responder a las

    nuevas exigencias planteadas por un fenmeno propio de nuestra poca, el capital intelectual, al cual la

    informacin, la tecnologa y la creatividad aportan mayoritariamente el valor producido. Ya no es suficiente

    con replicar el conocimiento establecido. Este trabajo presenta el desarrollo de un material didctico donde

    los estudiantes interactan entre ellos mismos y con el ambiente para crear nuevo conocimiento,

    respaldados por herramientas tecnolgicas que permiten la adquisicin de datos y la produccin de

    informacin.

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    DESENVOLVIMENTO DE UM MATERIAL DIDTICO PARA O ENSINO-APRENDIZAGEM DO

    PROCESSO DE SOLDAGEM GMAW.

    RESUMO

    Este trabalho tem por finalidade apresentar o desenvolvimento do material didtico intitulado: Unidade

    Didtica Tecnolgica (UDT): Modos de transferncia no processo GMAW, baseado na aprendizagem

    colaborativa e na integrao de ferramentas tecnolgicas. A UDT desenvolve-se para o ensino-aprendizagem dos modos de transferncia metlica, presentes no processo de soldagem por arco eltrico

    e gs de proteo GMAW (Gas Metal Arc Welding), desde a anlise dos fenmenos fsicos envolvidos at

    suas aplicaes industriais. A UDT est composta por trs momentos e espaos: Contextualizao na sala

    de aula; Experimentao no laboratrio e Criao na sala de informtica. Os momentos de socializao e

    avaliao ocorrem ao longo do processo de execuo da UDT. O desenvolvimento deste material didtico

    permitiu apresentar a docentes e estudantes outras metodologias baseadas na cooperao e na interao

    em ambientes prximos realidade tecnolgica contempornea, alm de dinamizar a transferncia de

    conhecimentos entre os envolvidos.

    Palavras-chave: Aprendizagem colaborativa. Material didtico. Soldagem GMAW. Tecnologias nos

    processos de ensino. Transferncia Metlica.

    BIBLIOGRAFA

    [1] RUDAS J. S.; RESTREPO J. S.; TOBON L.; OLMOS L.Modelamiento de los Modos de Transferencia

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