The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding Processes

1/17 El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades em Procesos de Soldadura por Arco Eléctrico The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding Processes A utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades nos Processos de Soldagem ao Arco Elétrico Juliano Neves Panao1,2 [email protected] [email protected] Edgar Dutra1 [email protected] Nasareno das Neves1,2 [email protected] n.ne[email protected] Gislaine Batistela1 gislaine.batis[email protected]r Jorge Muniz1 [email protected] 1 – FEG – UNESP 2 – FATEC São Paulo – Itaquera Resumen: Este trabajo estudia de forma exhaustiva cómo los simuladores de realidad virtual (VR) pueden optimizar el aprendizaje en los procesos de soldadura al arco eléctrico, en comparación con el entrenamiento en equipos de soldadura reales. Al crear un entorno virtual seguro y controlado, esta tecnología permite que el entrenamiento se realice sin los riesgos del entorno real. La realidad virtual permite a los estudiantes practicar soldadura de forma inmersiva, evitando la exposición a materiales peligrosos, lo que añade una capa esencial de seguridad. Nuestro análisis se profundiza en los efectos del simulador sobre la eficiencia del entrenamiento, destacando especialmente el impacto positivo de la retroalimentación inmediata, que acelera el desarrollo de habilidades y la comprensión de las técnicas involucradas. Además, este enfoque fomenta el ahorro de recursos, como materiales y energía. Los resultados indican no solo beneficios educativos, sino también económicos, evidenciando la creciente importancia de esta tecnología en la capacitación de profesionales especializados en soldadura. Palabras clave: Realidad Virtual; Entrenamiento; Soldadura por Arco; Simulador. Recebido Received Recibido Dez. 2024 Aceito Accepted Aceptado Mar. 2025 Publicado Published Publicado Jul./Set. 2025 Jul./Sep. 2025 https://git.fateczl.edu.br e_ISSN 2965-3339 DOI 10.29327/2385846.3.4-6 São Paulo v. 3 | n. 4 v. 3 | i. 4 e34135 Julho-Setembro July-September Julio-Septiembre 2025 A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 2/17 Abstract: This study comprehensively examines how virtual reality (VR) simulators can enhance learning in arc welding processes compared to training on real welding equipment. By creating a safe and controlled virtual environment, this technology allows training to take place without the risks associated with real-world settings. Virtual reality enables students to practice welding immersively, avoiding exposure to hazardous materials and adding a vital layer of safety. Our analysis delves into the simulator's effects on training efficiency, particularly highlighting the positive impact of immediate feedback, which accelerates skill development and comprehension of techniques. Moreover, this approach promotes resource savings, including materials and energy. The results indicate educational and economic benefits, underscoring the growing importance of this technology in training specialized welding professionals. Keywords: Virtual Reality; Training; Arc Welding; Simulator. Resumo: Este trabalho estuda de forma abrangente o impacto de duas estratégias de ensino no aprendizado de processos de soldagem ao arco elétrico, comparando o uso de simuladores de realidade virtual (VR) com o treinamento prático em equipamentos de soldagem reais. Ao criar um ambiente virtual seguro e controlado, essa tecnologia possibilita que o treinamento aconteça sem os riscos do ambiente real. A realidade virtual permite que os alunos pratiquem soldagem de forma imersiva, evitando a exposição a materiais perigosos, o que adiciona uma camada de segurança essencial. Nossa análise aprofunda-se nos efeitos do simulador sobre a eficiência do treinamento, destacando especialmente o impacto positivo do feedback imediato, que acelera o desenvolvimento de habilidades e a compreensão das técnicas envolvidas. Além disso, essa abordagem promove a economia de recursos como materiais e energia. Os resultados indicam não só ganhos educativos, mas também econômicos, evidenciando a crescente importância dessa tecnologia na capacitação de profissionais especializados em soldagem. Palavras-chave: Realidade Virtual; Treinamento; Soldagem a arco; Simulador. A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 3/17 1.INTRODUCCIÓN La soldadura, uno de los procesos de unión más utilizados en la fabricación de estructuras y equipos metálicos en diferentes segmentos, es ampliamente reconocida por su capacidad para unir componentes de forma permanente, asegurando la integridad estructural de la pieza final (LASSITER et al., 2023). El dominio de las habilidades en los procesos de soldadura por arco es esencial para garantizar el cumplimiento de los requisitos mínimos y la integridad de una unión soldada. Los estudiantes, especialmente aquellos que son nuevos en actividades prácticas como la soldadura, a menudo enfrentan frustración debido a la curva de aprendizaje inicial (PRASETYA et al., 2023). Según OKIMOTO et al. (2015), la formación en soldadura manual o semiautomática requiere habilidades técnicas profundas y familiaridad con equipos y consumibles específicos, que son esenciales para realizar tareas en geometrías complejas o lugares de difícil acceso donde la automatización no es práctica. RODRÍGUEZ y GONZÁLVEZ (2019) destacan que, a pesar de su amplia aplicación, la soldadura presenta importantes desafíos que requieren un desarrollo e innovación continuos. La soldadura es un componente crítico en varias disciplinas de ingeniería, incluida la ingeniería industrial, mecánica, aeronáutica y marina. Es esencial para el diseño, la implementación y el control de calidad de las estructuras soldadas. La soldadura es potencialmente peligrosa, especialmente cuando no se conoce plenamente los riesgos para la salud y la seguridad, puede afectar negativamente a la integridad física de los aprendices, si no se utilizan todos los procedimientos y equipos de protección individual (ZULKIFLI et al., 2022). La soldadura ocupa un papel central en la fabricación industrial contemporánea, siendo señalada como una de las tecnologías más relevantes en el sector manufacturero mundial, como señala GAO (2020). Teniendo en cuenta esta relevancia, el enfoque en la calificación de profesionales y la integración de tecnologías innovadoras no solo está justificado, sino que es esencial. Esta dirección busca optimizar los procesos, promoviendo la eficiencia en el uso de materiales y energía, al tiempo que reduce los impactos ambientales, como las emisiones de carbono, que es una preocupación creciente en las prácticas industriales actuales. Con base en estas afirmaciones, se justifica buscar no solo procesos de soldadura que satisfagan las demandas emergentes, sino también la formación de profesionales capaces de aprovechar al máximo los procesos disponibles, con el objetivo de satisfacer los requisitos de calidad y productividad cada vez más exigentes. Para responder a la creciente demanda de profesionales cualificados, la American Welding Society - AWS (2024) informa de que hay una demanda de 330.000 nuevos profesionales para 2028, con una media de 82.500 vacantes de trabajo a cubrir a partir de 2024. CHUNG, TUNG y LOU (2020) destacan las ventajas de los simuladores de realidad virtual en términos de seguridad, rentabilidad y compromiso en comparación con A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 4/17 los métodos tradicionales, lo que sugiere que una mayor investigación podría mejorar la comprensión de estas diferencias. El estudio tiene como objetivo evaluar la efectividad del uso de simuladores de realidad virtual en la capacitación y desarrollo de habilidades en soldadura por arco eléctrico, considerando el rendimiento, la retención de conocimientos y la percepción de los usuarios de la experiencia de aprendizaje en comparación con los métodos convencionales. 2. ANTECEDENTES TEÓRICOS La tecnología de realidad virtual (RV) se utiliza para diseñar y simular procesos industriales, como la soldadura, por ejemplo (PRASETYA et al., 2023). De acuerdo con RODRÍGUEZ y GONZÁLVEZ (2019), las estrategias de enseñanza a través del uso de recursos de RV y realidad aumentada (RA) son una alternativa económica para la realización de prácticas de laboratorio buscando el desarrollo de habilidades. Enseñar habilidades de soldadura siempre ha sido un desafío, no solo por la necesidad de conocimientos básicos sobre cada proceso, sino también por el desarrollo de habilidades que dependen de una capacitación intensiva y la mayoría de las veces exhaustiva, además de la exposición de los estudiantes y personas cercanas a ellos a riesgos de salud y seguridad. La práctica de la soldadura, reconocida por la exigencia de habilidades técnicas precisas, encuentra en los simuladores de realidad virtual una herramienta para el desarrollo seguro y progresivo de habilidades. Estos simuladores crean entornos controlados donde el alumno puede practicar técnicas de soldadura, superando los retos iniciales de forma segura y evitando los costes asociados al entrenamiento físico. Como señalan PRASETYA et al. (2023), la realidad virtual se presenta como una solución más rentable y eficaz, al tiempo que promueve un aprendizaje profundo basado en la repetición sin desperdiciar materiales. SCOTTI (2017) afirma que las soluciones tecnológicas y de automatización de soldadura pueden ayudar a superar la escasez de mano de obra especializada y hacer que el proceso de producción sea más eficiente, sostenible y de alta calidad. La práctica de la soldadura presenta riesgos que pueden afectar directamente la salud y la seguridad de los aprendices. Estos peligros se vuelven aún más significativos cuando no se siguen adecuadamente las normas de seguridad, lo que aumenta la probabilidad de accidentes y daños a la salud de los involucrados. La falta de experiencia de los estudiantes puede aumentar el riesgo de accidentes, lo que subraya la importancia de un entorno controlado para la formación (ZULKIFLI et al., 2022). Ante estos retos, el uso de simuladores VR destaca como una solución para mejorar la formación. Esta tecnología proporciona un entorno de aprendizaje inmersivo donde los estudiantes pueden desarrollar habilidades de soldadura en un entorno seguro y controlado (CHUNG et al., 2020) En este escenario, el uso de simuladores de realidad virtual cobra aún más A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 5/17 relevancia, ya que no solo mejora el acceso a la formación, sino que también aporta beneficios económicos y medioambientales, como el ahorro de recursos y la reducción de emisiones. 3. MÉTODO Para comprender la efectividad de los simuladores de realidad virtual en comparación con el entrenamiento con equipos reales, se estructuró un estudio experimental que involucró a estudiantes del curso de Tecnología Mecánica, con enfoque en Procesos de Soldadura, en Fatec Itaquera. La muestra incluyó diez estudiantes que no tenían experiencia previa en soldadura, divididos aleatoriamente en dos grupos de cinco participantes, una elección hecha para garantizar la comparabilidad entre los grupos y minimizar posibles sesgos. La formación de uno de los grupos se realizó exclusivamente con el simulador VRTEX 360 VR, mientras que el segundo grupo utilizó equipos de soldadura reales. Ambos grupos siguieron un programa de 180 minutos, destinado al desarrollo de técnicas fundamentales de soldadura, que permitieron uniformidad en las condiciones de práctica. Al final de la capacitación, todos los participantes realizaron una soldadura en equipos reales, lo que permitió una evaluación directa entre los métodos de enseñanza. Las variables analizadas fueron calidad de uniones soldadas, productividad, tiempo de proceso y costo por pieza. Para la evaluación de la calidad de las soldaduras, realizamos una inspección visual y dimensional solo en las piezas soldadas después de la capacitación (una pieza de cada estudiante de ambos grupos) utilizando el equipo de soldadura real. Los criterios de discontinuidad analizados fueron: escoria, superposición, salpicaduras, deposición insuficiente, desalineación, falta de fusión, mordida, refuerzo excesivo y porosidad, todos esenciales para asegurar la integridad de las soldaduras. La productividad se midió por el número de juntas completadas durante los 180 minutos, centrándose en la eficiencia y consistencia de cada método. El tiempo de proceso cubrió el tiempo de los pasos de preparación de la unión y la soldadura en sí, ofreciendo una visión detallada del ritmo y la agilidad proporcionados por cada enfoque. Finalmente, el costo por pieza se calculó a partir de los gastos con proceso, inspección, materia prima, alambre de soldadura, gas de protección y electricidad. La investigación investiga si la formación con simuladores de realidad virtual en soldadura GMAW ofrece una alternativa más segura, económica y eficiente al método tradicional, especialmente en el desarrollo de habilidades prácticas. El análisis busca identificar las ventajas competitivas que pueden aportar los simuladores, proporcionando una base sólida para su adopción en programas de formación profesional. Para garantizar un análisis exhaustivo y preciso de los datos, inicialmente se aplicó la prueba t, que permitió una evaluación cuantitativa, verificando la A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 6/17 importancia de las diferencias de rendimiento entre los dos métodos de entrenamiento. Luego, se utilizó el Diagrama de Pareto en la evaluación cualitativa de las discontinuidades, proporcionando una visión detallada de las principales causas y la frecuencia con la que ocurren RODRÍGUEZ y GONZÁLVEZ (2019); PRASETYA et al. (2023). 3.1 DICCIONARIO DE DATOS El diccionario de datos (cuadro 1) es una herramienta esencial para organizar y documentar la información sobre las variables involucradas en un estudio o análisis de datos, sirviendo como una referencia clara y estructurada, facilitando la comprensión de cada variable utilizada en la investigación, incluyendo su propósito, tipo, unidad de medida y cualquier otra información relevante. Cuadro 1 – Diccionario de datos Variable Descripción Alumno Identificación del estudiante (variable categórica) Edad Edad del estudiante (en años) Grupo Grupo de entrenamiento (simulador de realidad virtual o equipo real) Descontinuidades Número de discontinuidades en soldaduras realizadas (variable cuantitativa) Tiempo de entrenamiento Tiempo total de entrenamiento (en minutos) Juntas producidas Número de uniones soldadas producidas durante la formación Costo total Costo total de la capacitación (en reales) Fuente: Elaboración Propia (2024) El objetivo de esta herramienta en este estudio fue detallar las variables recogidas en este estudio (Cuadro 2), comparando el uso de simuladores VR con equipos de soldadura reales. Cuadro 2 – Desglose de variables por grupo Variable Grupo de Simuladores de Realidad Virtual Grupo de equipos reales Alumno A1, A2, A3, A4, A5 A6, A7, A8, A9, A10 Edad 20, 38, 52, 46, 19 20, 27, 42, 31, 38 Descontinuidades Falta de fusión, porosidad, escoria, superposición, mordedura, deposición insuficiente, salpicaduras, refuerzo excesivo, desalineación Falta de fusión, porosidad, escoria, superposición, mordedura, deposición insuficiente, salpicaduras, refuerzo excesivo, desalineación Tiempo de entrenamiento 36, 36, 36, 36, 36 36, 36, 36, 36, 36 Juntas producidas 20, 20, 20, 20, 20 4, 4, 4, 4, 4 Costo total por articulación 2.40, 2.40, 2.40, 2.40, 2.40 22.94, 22.94, 22.94, 22.94, 22.94 Fuente: Elaboración Propia (2024) Cada variable analizada se describe de tal manera que su significado y función en el análisis sean claros para todos los involucrados en el proyecto. Este nivel de A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 7/17 detalle permite a los investigadores y analistas comprender con precisión cómo se estructuraron los datos, lo que facilita tanto la interpretación de los resultados como la replicación del estudio en otras circunstancias o con nuevas muestras. 3.2. ANÁLISIS EXPLORATORIO Y VISUALIZACIÓN DE DATOS Para realizar el análisis de los datos (Cuadro 3), se utilizaron tanto Microsoft Excel como Minitab. Excel fue fundamental para la construcción de gráficos como el diagrama de Pareto, que nos ayudó a identificar las principales discontinuidades. Minitab se utilizó para realizar análisis estadísticos más complejos, como la prueba t, lo que garantiza que pudiéramos comparar rigurosamente los métodos de entrenamiento. Cuadro 3 – Análisis exploratorio de los datos Métrico Prueba t (valor P) Dif. Real x VR Discontinuidades 0,291 - Juntas producidas - 500% Tiempo de proceso - 500% Costos - 956% Fuente: Elaboración Propia (2024) 3.3. PRUEBA T DE STUDENT Para comparar los promedios de las principales métricas entre los grupos que entrenaron con el simulador de realidad virtual y los que utilizaron el equipo real, aplicamos la prueba t, con la ayuda del software Minitab. Esta prueba estadística es ideal para evaluar si las diferencias observadas entre los promedios de los dos grupos son significativas o pueden atribuirse al azar, lo que nos ayuda a validar científicamente si las ventajas de productividad, eficiencia y costos que ofrece el simulador de realidad virtual son realmente superiores. A través de esta herramienta, pudimos validar rigurosamente las diferencias de productividad, eficiencia y ahorro que proporciona el simulador en comparación con el método tradicional, ofreciendo una base sólida para nuestras conclusiones. Esta prueba está especialmente indicada cuando se comparan dos muestras independientes, ya que nos permite verificar si la diferencia entre las medias es realmente significativa. Vale la pena recordar que se basa en dos supuestos: los datos deben seguir una distribución normal y las varianzas entre los grupos deben ser similares. En este estudio, comparamos el rendimiento de dos métodos de entrenamiento de soldadura, uno usando el simulador de realidad virtual y el otro con el equipo real. Observamos cuatro métricas clave: discontinuidades, número de juntas producidas, tiempo de proceso y costos. Sin embargo, la prueba t solo se aplicó para analizar las discontinuidades observadas en las soldaduras. Los datos se recolectaron de dos grupos, cada uno con cinco estudiantes, después de 180 minutos de entrenamiento. A continuación, detallamos los resultados encontrados para cada una de las métricas. Las discontinuidades evaluadas en las soldaduras producidas fueron: inclusión de escoria, superposición, A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 8/17 salpicaduras, deposición insuficiente, desalineación, falta de fusión, mordida, refuerzo excesivo y porosidad. Resultados de la prueba t (discontinuidades): • Estadística t: -1,129 • Valor P: 0.291 La prueba de hipótesis se realizó para la métrica "Discontinuidades" (defectos en las soldaduras): • Hipótesis nula (H0): No hay diferencia significativa entre la cantidad media de discontinuidades en los dos métodos de entrenamiento. • Hipótesis alternativa (H1): Existe una diferencia significativa entre la cantidad promedio de discontinuidades en los dos métodos. Dado que el valor p (0,291) es mayor que el nivel de significancia de 0,05; No rechazamos la hipótesis nula. Concluimos que no hay evidencia suficiente para afirmar que existe una diferencia significativa en las discontinuidades entre los dos métodos de entrenamiento. El siguiente gráfico (figura 1) muestra la evolución de las discontinuidades evidenciadas tras el análisis de la calidad de las soldaduras en ambos métodos de entrenamiento. Figura 1 – Gráfico de descontinuidades Fuente: Elaboración Propia (2024) Aunque esta herramienta ha demostrado que no existe una diferencia significativa en la cantidad promedio de discontinuidades entre los dos métodos de entrenamiento, es importante realizar un análisis más detallado y cualitativo para comprender mejor los tipos específicos de defectos que ocurren con mayor frecuencia en cada método, de esta manera, el análisis a través del Diagrama de Pareto también se realizará más adelante para un análisis cualitativo de las discontinuidades. 3.4. DIAGRAMA DE PARETO Para analizar cualitativamente las discontinuidades encontradas en las soldaduras, utilizando el software Microsoft Excel aplicamos el diagrama de Pareto, que nos ayudó a identificar los tipos de defectos más frecuentes y críticos. Esta herramienta visual es extremadamente útil para resaltar qué problemas afectan más la calidad de la soldadura, guiados por el principio de que alrededor A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 9/17 del 80% de los problemas son causados por solo el 20% de las causas. Con el diagrama de Pareto, podemos identificar y priorizar las áreas que requieren más atención e intervención, lo que facilita la implementación de mejoras precisas y eficientes en la capacitación en soldadura. Esto es esencial para garantizar que tanto el método del simulador como el método tradicional puedan mantener altos estándares de calidad en las soldaduras. Figura 2 – Diagrama de Pareto (estudiantes entrenados en el simulador de realidad virtual) Fuente: Elaboración Propia (2024) En el proceso de identificación de las causas más comunes de discontinuidades, el diagrama de Pareto demostró ser eficaz para visualizar los principales factores que contribuyen a los defectos encontrados. En el análisis de datos, como se ilustra en las figuras 2 y 3, observamos que, en el simulador de realidad virtual, las discontinuidades como escoria de vidrio, superposición, salpicaduras, deposición insuficiente y desalineación correspondieron al 81% de los problemas identificados. Estos resultados guían nuestro enfoque hacia una capacitación más específica al ajustar las variables que afectan estas cinco preguntas clave. En los resultados observados en las actividades de los estudiantes entrenados con el equipo real (figura 3), destacaron en términos porcentuales los defectos de superposición, salpicaduras y refuerzo excesivo. Sumados a la escoria y a la insuficiente deposición, estos defectos representan el 80% de las discontinuidades encontradas, lo que también orienta la necesidad de formación centrada en estas áreas específicas. A Utilização de Simulador de Realidade Virtual no Treinamento de Habilidades ... The Use of Virtual Reality Simulator in Skill Training for Electric Arc Welding … El Uso de Simulador de Realidad Virtual en el Entrenamiento de Habilidades en … DOI: https://doi.org/10.29327/2385846.3.4-6 Advances in Global Innovation & Technology | v.3 n.4 | e34135 | São Paulo | jul./set., 2025 16/17 mejor preparados para los desafíos prácticos del sector. Recomendamos, por tanto, la adopción de simuladores VR para complementar la formación tradicional, optimizando el tiempo y reduciendo los costes, además de garantizar la formación de mano de obra más especializada en menos tiempo. REFERENCIAS CHUNG, C. C.; TUNG, C. C.; LOU, S. J. 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