Mecatrónica clase01.pdf

introducción a la ing carrera mecatronica unlz

1. Introducción a la
INGENIERÍA
MECATRÓNICA
Seminario Introductorio

2. Comentarios
•SetratarádeunSeminarioOrientativo.
•Brevedefiniciónyactividades.
ElseminariodeIng.Mecatrónicaconstade:
•6Clases(5deMecatrónicay1deMecánica)
•5clases(vivoyasincrónico).
•Cadaclasetendráunevaluaciónoactividad

3. ¿Qué es la Mecatrónica?

4. Mecatrónica
•J. A. Rietdijk: "Mecatrónica es la
combinaciónsinérgicadelaingenieríamecánicade
precisión,delaelectrónica,delcontrolautomáticoyde
lossistemasparaeldiseñodeproductosyprocesos",
•Buscacrearmaquinariamáscomplejaparafacilitarlas
actividadesdelserhumanoatravésdeprocesos
electrónicosenlaindustriamecánicaprincipalmente.

5. La Mecatrónica nace debido a:
•Necesidaddeautomatizarlamaquinaríayasílograrprocesos
productivoságilesyconfiables;
•Crearproductosinteligentes,querespondanalasnecesidadesdel
mundomoderno;
•Armonizarentreloscomponentesmecánicosyelectrónicosdelas
máquinas,yaqueenmuchasocasiones,eracasiimposiblelograr
quetantomecánicacomoelectrónicamanejaranlosmismos
términosyprocesosparahacerorepararequipos.

6. Mecatrónica
•Se ocupa principalmente de integrar la mecánica y la electrónica,
•El componente mecánico debe ser diseñado para integrarse con
la electrónica, el control y también debe satisfacer las
características deseadas:
* Precisión, * Ruido
* Peso, * Vibraciones
* Resistencia * Duración
* Velocidad
* Bajo costo de producción, distribución y mantenimiento

7. Ingeniero Mecatrónico
Veremos en detalle lo siguiente
•¿ Para qué está capacitado un ing.
Mecatrónico?
•Plan de estudios (¿qué contiene?)

8. ¿Para qué está capacitado?
(Detalledelperfilprofesionalenlawebdelafacultad)
•Diseñar,construireimplementarproductosysistemasmecatrónicos
parasatisfacernecesidadesemergentesbajoelcompromisoéticodesu
impactoeconómico,social,ambientalypolítico.(Ej.bloquesdearena
fundición).

9. ¿Para qué está capacitado?
•Gestionarnuevastecnologíasaplicadasenlasorganizacionesmodernas
enáreascomo:controlnuméricocomputarizado,diseñoymanufactura
integradaporcomputador,robótica,etc.Aplicadasalosprocesos
productivos..(Ej.Modelosdefundición)
•Administrarprocesosdeasimilacióndenuevastecnologíasparala
modernizacióndelosprocesosproductivosdelasorganizaciones.

10. ¿Para qué está capacitado?
•Diseñar,simular,implementarycontrolarprocesos
medianteelusodetecnología.
•Comprenderyredactarinformeseficacesy
documentacióndediseño.daryrecibirinstrucciones
claras.
•Reconocerlanecesidaddelaprendizajepermanente
ylacapacidadparaencararloenelmásamplio
contextodeloscambiostecnológicos.

11. Plan de estudios ¿Qué contiene?
•Matemáticas
•Física
•Electricidad y electrónica
•Computación, programación
•Ing. Mecánica
•Control automático
•Mecatrónica
•Ing. Industrial

12. Clase 01

13. Modelado
Eningenieríaescomúnlarepresentacióndefenómenos
delarealidadmediantemodelososimplificaciones,que
nosayudaránaentender,estudiaryprobardicharealidad
parapredecirporej.Sucomportamiento(puedenser
virtualesono).
Unmodeloesunarepresentacióndeunobjeto,sistemaoidea,deforma
diferentealdelaentidadmisma.Elpropósitodelosmodeloses
ayudarnosaexplicar,entenderomejorarunsistema.Unmodelodeun
objetopuedeserunaréplicaexactadeésteounaabstraccióndelas
propiedadesdominantesdelobjeto.

14. Modelado
UnModelodebedescribiralsistemaconsuficientedetalleparahacer
prediccionesválidassobreelcomportamientodelsistema.
Podemoshablardelossiguientestiposdemodelos:
•Representacionesgráficas
•Modelosnuméricos(matemáticos)

15. Representacionesgráficas
•Croquis
•Planos
•Maquetasvirtuales3D
•Ensamblajes
•Estudiosdemovimiento

16. Representacionesgráficas
Planos

17. Representacionesgráficas

18. Representacionesgráficas

19. Representacionesgráficas

20. Representacionesgráficas
Nuestromodelosiempretiendeaserlomássimplificadoposibledemaneradepoder
estudiaropredecirelobjetoenestudio,peronosiempresepuedesimplificar
totalmente;enlaimagensuperiorseobservacómosemodelóunapiezareal,conla
inclinacióndesuscarasverticales(ángulodesalida)ylosradiosdeacuerdoencadauna
delasinterseccionesconbordesfilosos.ENLASCLASESSIGUIENTESVEREMOSESTOS
CASOSREALESYCÓMOESIMPORTANTE(ydependiendoelmodelo)TENERENCUENTA
ESTOSCONCEPTOS.

21. Representacionesgráficas

22. Representacionesgráficas
EnlaFacultaddeingenieríacontamosconunaampliavariedaddeestetipodesoftwarepara
diseñoCADmuchosdeelloscomercialesyconlicenciapaga.
Paraaquellosinteresadosenprofundizarenestostemasrecomendamoselsiguientesoftde
licencialibre
https://www.freecadweb.org/

23. Modelosnuméricos(matemáticos)
•Modelo matemático:
Es un modelo científico, que mediante
matemática expresa relaciones para estudiar
sistemas complejos de la realidad,
•MasasuspendidadeunResorte
EnesteModelosetratadepredecirelmovimiento
verticaldelamasaqueestásuspendida(atada)del
extremodeunresorte(delotroextremoelresorte
estáfijo).
Sepuedeobservarlaecuaciónmatemáticaque
prediceelmovimientoyunarepresentaciónenel
espaciodelmismo(desplazamientovs.tiempo)

24. Modelosnuméricos(matemáticos)
•EstosModelosmatemáticostendrándistintacomplejidad.
•Lacantidaddevariablesaobservarytipodeestudiodeterminanla
complejidad.
•Puedensercálculosclásicos,medianteprogramaspropiosomediante
softwarecomercial.

25. Modelosnuméricos(matemáticos)
Cálculoclásico,
Sitenemosporejemplounavigaconunacargaensuextremo,yconociendodecálculo,
física,materiales,resistenciayestabilidaddelasestructuras;podemossaber
aproximadamente:
•Cómosedeformaránuestroobjetodeestudio(curvaelástica)
•Dondeserálamáximadeformación(deflexiónmáxima)
•Yconocerparacualquierpuntoalolargodelalongituddelaviga,cuántosedeforma
oapartadesucondicióninicial(Ecuacióndelacurvaelástica)

26. Modelosnuméricos(matemáticos)
CálculoMedianteprogramasPropios
Enotroscasos,necesitaremosunpocomásdecomplejidad,yaquenecesitamos
manejarotrotipodeinformación.Paralocualdeberemosbasarnosenherramientas
informáticasquenossimplifiquenelcálculoolavisualizacióndelosresultados.
Ejemplo:

27. Modelosnuméricos(matemáticos)
CálculoMedianteprogramasPropios
EnElejemplomostrado,debemosayudaradiseñarlasuspensióndeunautomóvil,
paralocualrealizaremosvariassimplificaciones
Modelo por
computadora
Suspensión real Simplificación
Modelo
Matemático

28. Modelosnuméricos(matemáticos)
CálculoMedianteprogramasPropios
EnElejemplomostrado:
•Serealizaunrecortedelarealidad,esdecir,seestudiasólounapartedelproblema,conla
finalidaddetenerunaideageneralyrápidadelcomportamientodelobjetoenestudio.
•Sesuponequelasuspensión(queesalgocomplejo),sólosemueveenunasoladirección
(vertical),porlotantosedicequetieneungradodelibertad.
•Sesuponequesólotieneunresorte(elementoquealmacenaenergía)yunamortiguador
(elementoquegastaodisipaenergíaylatransformaencalor)ylamasadelarueda.
•Nosolvidamosdelrestodevariablesdelproblema,yaquepretendemosestudiarunaparte,
enbaseaestosresultadospodremoscomenzaradiagramarestudiosdemayor
complejidad.

29. Modelosnuméricos(matemáticos)
F(t) − fK − fB = Mẍ
Ecuación que representa nuestra suspensión
Se trata de un balance de fuerzas. Son
conceptos que serán vistos en Física,
matemática, resistencia de materiales
Operando
matemáticamente
Obtenemos lo que se denomina
“Función transferencia ”, que nos
relaciona la salida a observar X(t)
cuando ingresa una entrada F(t)
En la Función de transferencia mostrada arriba, se pueden observar las
variables que representan a la suspensión:
K = constante del resorte
B = constante del amortiguador
M = masa en movimiento
X(t) = cuánto se desplaza la rueda respecto del tiempo
F(s) = perturbación, por ej. Que la rueda pase por una loma de burro a velocidad

30. Modelosnuméricos(matemáticos)
Conociendo cada una de las variables mencionadas, podemos tener una idea de cómo
reaccionará la suspensión para una determinada condición de operación.
Podemos realizar nuestro propio programa para estudiar este fenómeno, para lo cual se puede
utilizar un software muy utilizado por científicos e ingenieros, “qtOctave”.
El QtOctave es un software de licencia libre que podemos descargarlo de la página oficial o bien
utilizarlo de manera online.
https://octave-online.net/
Ingresando en el link de arriba y sin entrar en demasiado detalle por el momento (ya que se verá
en otra clase).
En la ventana de comandos (abajo) escribimos lo siguiente
Presiono tecla “Enter”
Presiono tecla “Enter”

31. Modelosnuméricos(matemáticos)
Podemosvercómocondossimples
comandos,sepuederealizarunagráfica
querepresentaelmovimientoverticalde
laruedacuandorecibeungolpe(porej.
Queseencuentreenmovimientoypase
porunalomadeburro).
1)Laprimerfuncióndefineelproblema
aestudiar
2)La2dalínearepresentala
perturbación,enestecasoesun
impulso,seríaungolpeaplicadoenun
períodomuycortodetiempo
Elejehorizontal“time”representael
tiempoensegundos
Elejevertical“Y1”representalaaltura
quesedesplazalaruedaunavezque
recibeelgolpe.
Enestagráficasepuedeobservaralgo
interesante:yesqueelmovimientoluego
seextingue,laruedaregresaasu
posicióninicialluegodequela
perturbaciónseretiró.
Loscomandos
seescribenaquí

32. •Programación
•Matlab / octave
•Modelo matemático
Modelosnuméricos(matemáticos)

33. Modelosnuméricos(matemáticos)
Cálculomediantesoftwarecomercial
Sitenemosunproblemacomplejo,endondenecesitamosvermuchainteracción
entredistintasparteoproblemasmuyparticulares,quizásdebamosrecurrira
programasespecíficosparalaresolucióndeestetipodeproblemas.

34. •Modelización matemática se refiere también a los
modelos geométricos en 2 y 3D
* Deformaciones, esfuerzos
* Software
Modelosnuméricos(matemáticos)

35. Modelosnuméricos(matemáticos)
Concualquieradelosmétodosdescriptosparatratarmodelos
matemáticospodremosestudiarlossiguientestiposdeproblemas(entre
otros)yqueinvolucranmuchasdisciplinasqueelingenierodebedominar:
•Análisisestático
•Análisisdinámico
•Análisistérmico
•Análisisdefluidos
Yseveráninvolucradasáreastalescomo:
•Resistenciademateriales
•Física,matemática
•Programación

36. Modelosnuméricos(matemáticos)
AnálisisEstáticos
Estetipodeanálisisestudiaelefectologradoenunapieza,estructuraucualquier
objetoenestudioalcualseleagregaunacargaquenovaríaconrespectoaltiempo
(semantienesiempreigual)yqueseaplicademaneramuygradual(auna
velocidadmuybaja,afindedespreciarefectosdinámicosodemovimiento).
•Podemosestudiardeformacionesyzonasmásexigidasdelmaterial

37. Modelosnuméricos(matemáticos)
AnálisisDinámico
Estetipodeanálisisestudiaelefectologradoenunapieza,estructuraucualquier
objetoenestudioalcualseleagregaunacargaquevariaeneltiempo.Ejemplo
colisionesoestudiodevibracionesenestructuras.

38. Modelosnuméricos(matemáticos)
AnálisisTérmico
Estetipodeanálisisestudiaelefectologradoenunapieza,estructuraucualquier
objetoenestudioalcualseleagregaalgunatransmisióndecalor,decualquierade
lasformasquesedetallan:
•Conducción,convecciónoradiación

39. Modelosnuméricos(matemáticos)
AnálisisdeFluídos
Estetipodeanálisisestudiaelefectologradoenunapieza,estructuraucualquier
objetoenestudioalcualseleagregaoqueestáinmersoenunacorrientedefluido.

40. En la clase del día de hoy se pretendían mostrar algunas de las
actividades que podrían realizar como ingenieros mecatrónicos
relacionadas a:
* Cálculos y diseño de estructuras/máquinas/componentes,
* Modelados geométricos -maquetas tridimensionales,
* Presentación de resultados e informes,
* Programación
--ResumenClase01--

41. Fin.
Sibienalolargodelapresentaciónsefueronmostrandomuchostrabajos
realizadosconsoftware,esimportantetenerencuentaquenosiemprela
soluciónmáscaraycomplejaeslamejor.Enloscasosmostrados,poreltipo
deestudioynecesidaddecálculosehizonecesarialasimulaciónutilizando
estostiposdesoftwarededibujoy/ocálculo.
Todasestasherramientasinformáticassonjustamenteeso“herramientas”,y
bienutilizadasnospuedenagilizarmuchoelprocesodediseño,perono
utilizarlasdemaneraadecuadanospuedellevaraerroresconsiderables.
ComoMecatrónicos,vamosatenerqueconocerlasherramientas
disponiblesyutilizarlasconcriterio
Tenerencuentaademás,queelcorrectomanejodecadaunadeestas
herramientasrequieredeunprofundoconocimientoteóricodelasbases
matemáticasyfísicasdecadaproblema.