Innovación Educativa en Ingeniería: Estrategias para la Enseñanza de la Mecánica de Fractura y su Impacto en la Transición Energética en Colombia y México

La transición energética hacia fuentes de energía más limpias y sostenibles es una prioridad global para mitigar el cambio climático y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. En este contexto, el hidrógeno es una alternativa prometedora debido a su alta densidad energética y su capacidad para ser utilizado en diversas aplicaciones, desde la generación de electricidad hasta el transporte (Erdener et al. 2023). Sin embargo, el transporte seguro y eficiente del hidrógeno plantea desafíos técnicos significativos, especialmente en lo que respecta a la integridad de las tuberías utilizadas para su distribución (Zvirko et al. 2024). La mecánica de fractura es una disciplina esencial para entender y predecir la formación y propagación de grietas en los materiales, lo cual es crucial para garantizar la seguridad y fiabilidad de las infraestructuras de transporte de hidrógeno (Pluvinage, Capelle, y Meliani 2019). Sin embargo, en México y Colombia, los programas de pregrado en ingeniería no incluyen de manera adecuada la enseñanza de esta disciplina, lo que resulta en áreas de oportunidad significativas en la formación de ingenieros para enfrentar los desafíos asociados con el transporte de hidrógeno.
El currículo en los programas de ingeniería de estas regiones no ha sido actualizado para incluir la mecánica de fractura, enfocándose en temas tradicionales sin considerar las nuevas tecnologías y necesidades del sector energético (Cabrales Salazar, Becerra Cucunubá, y Ardila Hernández 2024). Esto genera la oportunidad de establecer nuevos programas de capacitación, así como la consolidación de laboratorios y equipos para la enseñanza y la investigación en esta área. La fragilización por hidrógeno es un fenómeno poco investigado y difundido en la región, lo que lleva a una falta de conciencia sobre su importancia en la industria del hidrógeno. Aunque existen retos para actualizar programas de estudio, no lo es así en programas contingentes de capacitación.
Como resultado, por lo descrito anteriormente, los graduados de los programas de ingeniería necesitan de conocimientos en mecánica de fractura, pues, en áreas especializadas de medio ambiente, esto les permitiría diseñar y mantener sistemas seguros y eficientes para el transporte de hidrógeno. La falta de optimización en el diseño de tuberías lleva al uso de materiales más gruesos y costosos, resultando en una ineficiencia en la construcción y mantenimiento de infraestructuras (Motta y Juha 2024). Como resultado, la menor adopción de tecnologías de hidrógeno debido a la falta de ingenieros capacitados retrasa la transición energética y perpetúa la dependencia de combustibles fósiles. Además, los ingenieros locales son menos competitivos en el mercado global, y la región se vuelve menos atractiva para inversiones extranjeras en proyectos de hidrógeno.
Para abordar este problema, es esencial incorporar metodologías de aprendizaje experiencial en la enseñanza de la mecánica de fractura (Corral Abad et al. 2021). El aprendizaje basado en proyectos permite a los estudiantes trabajar en proyectos reales o simulados que involucren el diseño y análisis de tuberías para el transporte de hidrógeno, aplicando principios de mecánica de fractura (X. B. Lin y Smith 1999). Los laboratorios prácticos y simulaciones computacionales permiten a los estudiantes observar y experimentar con la propagación de grietas y la fragilización por hidrógeno. Además, se requiere establecer alianzas con empresas del sector energético para que los estudiantes puedan realizar prácticas profesionales y proyectos de investigación aplicados. Además, utilizar evaluaciones continuas y retroalimentación para medir el impacto del aprendizaje experiencial en el conocimiento y habilidades de los estudiantes es crucial para asegurar la efectividad de estas metodologías.
La implementación de estas estrategias no solo mejoraría la preparación de los ingenieros, sino que también contribuirá a la reducción de costos en proyectos de ingeniería energética relacionada con fuentes de hidrógeno, mediante el uso eficiente de materiales y el diseño optimizado de tuberías. Esto aceleraría la transición energética y mejorará la competitividad de los ingenieros en el mercado global, atrayendo inversiones extranjeras en proyectos de hidrógeno. En conclusión, abordar la falta de conocimiento y aplicación de la mecánica de fractura mediante la actualización de los programas de estudio, la capacitación de profesores, y la mejora de los recursos educativos y de investigación es esencial para acelerar la transición energética y mejorar la competitividad de los ingenieros en la región.