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El trabajo consolidado integra diseño óptimo práctico y análisis de seguridad en entornos industriales y estructuras construidas. El primer estudio mejora la seguridad ocupacional en entornos de soldadura mediante el rediseño de una campana central de extracción de humos. Mediante simulaciones CFD y diseño experimental Taguchi, se identifica una geometría optimizada de la campana (ángulo del tolva, área de succión y número de ranuras) que eleva la velocidad de extracción de 0,006 m/s a 0,78 m/s, cumpliendo con las normas recomendadas (0,5–1,0 m/s) y reduciendo la exposición a humos de soldadura. El segundo estudio demuestra un diseño de mobiliario de taller compacto, empleando modelado CAD y análisis por elementos finitos para validar una mesa plegable bajo carga distribuida. Una malla robusta (alrededor de 390.558 elementos; 497.625 nodos) arroja una tensión de 209,36 MPa y un factor de seguridad de 1,84 para acero ASTM A36, con simulación cinemática que confirma el rango de movimiento y la viabilidad del prototipo. El tercer trabajo investiga una estructura de soporte para tanque de almacenamiento de agua de lluvia mediante CAD/CAE y análisis numérico para garantizar la integridad estructural de un sistema de 500 L. El modelo utiliza un bastidor cuadrado de acero de 50 mm, obteniendo una tensión de Von Mises de 189,5 MPa por debajo del límite de rendimiento, una deformación máxima de 0,83 mm y un factor de seguridad de 1,746, validando la viabilidad del diseño. En conjunto, la investigación subraya la validación basada en estándares, la aplicación práctica de herramientas computacionales (CFD, FEM, CAD/CAE) y las mejores prácticas de medición para mejorar la seguridad, la eficiencia y la sostenibilidad en sistemas de ingeniería.