introducción a la ing carrera mecatronica unlz

1. Introducción a la
INGENIERÍA
MECATRÓNICA
Seminario Introductorio

2. Comentarios
•Se tratará de un Seminario Orientativo.
•Breve definición y actividades.
El seminario de Ing. Mecatrónica consta de:
•6 Clases (5 de Mecatrónica y 1 de Mecánica)
•5 clases (vivo y asincrónico).
•Cada clase tendrá un evaluación o actividad

3. ¿Qué es la Mecatrónica?

4. Mecatrónica
• J. A. Rietdijk: "Mecatrónica es la
combinación sinérgica de la ingeniería mecánica de
precisión, de la electrónica, del control automático y de
los sistemas para el diseño de productos y procesos",
• Busca crear maquinaria más compleja para facilitar las
actividades del ser humano a través de procesos
electrónicos en la industria mecánica principalmente.

5. La Mecatrónica nace debido a:
• Necesidad de automatizar la maquinaría y así lograr procesos
productivos ágiles y confiables;
• Crear productos inteligentes, que respondan a las necesidades del
mundo moderno;
• Armonizar entre los componentes mecánicos y electrónicos de las
máquinas, ya que en muchas ocasiones, era casi imposible lograr
que tanto mecánica como electrónica manejaran los mismos
términos y procesos para hacer o reparar equipos.

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?
(Detalle del perfil profesional en la web de la facultad)
• Diseñar, construir e implementar productos y sistemas mecatrónicos
para satisfacer necesidades emergentes bajo el compromiso ético de su
impacto económico, social, ambiental y político. (Ej. bloques de arena
fundición).

9. ¿Para qué está capacitado?
• Gestionar nuevas tecnologías aplicadas en las organizaciones modernas
en áreas como: control numérico computarizado, diseño y manufactura
integrada por computador, robótica, etc. Aplicadas a los procesos
productivos.. ( Ej. Modelos de fundición)
• Administrar procesos de asimilación de nuevas tecnologías para la
modernización de los procesos productivos de las organizaciones.

10. ¿Para qué está capacitado?
•Diseñar, simular, implementar y controlar procesos
mediante el uso de tecnología.
•Comprender y redactar informes eficaces y
documentación de diseño. dar y recibir instrucciones
claras.
•Reconocer la necesidad del aprendizaje permanente
y la capacidad para encararlo en el más amplio
contexto de los cambios tecnológicos.

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
En ingeniería es común la representación de fenómenos
de la realidad mediante modelos o simplificaciones, que
nos ayudarán a entender, estudiar y probar dicha realidad
para predecir por ej. Su comportamiento (pueden ser
virtuales o no).
Un modelo es una representación de un objeto, sistema o idea, de forma
diferente al de la entidad misma. El propósito de los modelos es
ayudarnos a explicar, entender o mejorar un sistema. Un modelo de un
objeto puede ser una réplica exacta de éste o una abstracción de las
propiedades dominantes del objeto.

14. Modelado
Un Modelo debe describir al sistema con suficiente detalle para hacer
predicciones válidas sobre el comportamiento del sistema.
Podemos hablar de los siguientes tipos de modelos:
•Representaciones gráficas
•Modelos numéricos (matemáticos)

15. Representaciones gráficas
•Croquis
•Planos
•Maquetas virtuales 3D
•Ensamblajes
•Estudios de movimiento

16. Representaciones gráficas
Planos

17. Representaciones gráficas

18. Representaciones gráficas

19. Representaciones gráficas

20. Representaciones gráficas
Nuestro modelo siempre tiende a ser lo más simplificado posible de manera de poder
estudiar o predecir el objeto en estudio, pero no siempre se puede simplificar
totalmente; en la imagen superior se observa cómo se modeló una pieza real, con la
inclinación de sus caras verticales (ángulo de salida) y los radios de acuerdo en cada una
de las intersecciones con bordes filosos. EN LAS CLASES SIGUIENTES VEREMOS ESTOS
CASOS REALES Y CÓMO ES IMPORTANTE (y dependiendo el modelo) TENER EN CUENTA
ESTOS CONCEPTOS.

21. Representaciones gráficas

22. Representaciones gráficas
En la Facultad de ingeniería contamos con una amplia variedad de este tipo de software para
diseño CAD muchos de ellos comerciales y con licencia paga.
Para aquellos interesados en profundizar en estos temas recomendamos el siguiente soft de
licencia libre
https://www.freecadweb.org/

23. Modelos numéricos (matemáticos)
• Modelo matemático:
Es un modelo científico, que mediante
matemática expresa relaciones para estudiar
sistemas complejos de la realidad,
• Masa suspendida de un Resorte
En este Modelo se trata de predecir el movimiento
vertical de la masa que está suspendida (atada) del
extremo de un resorte (del otro extremo el resorte
está fijo).
Se puede observar la ecuación matemática que
predice el movimiento y una representación en el
espacio del mismo (desplazamiento vs. tiempo)

24. Modelos numéricos (matemáticos)
• Estos Modelos matemáticos tendrán distinta complejidad.
• La cantidad de variables a observar y tipo de estudio determinan la
complejidad.
• Pueden ser cálculos clásicos, mediante programas propios o mediante
software comercial.

25. Modelos numéricos (matemáticos)
Cálculo clásico,
Si tenemos por ejemplo una viga con una carga en su extremo, y conociendo de cálculo,
física, materiales, resistencia y estabilidad de las estructuras; podemos saber
aproximadamente:
• Cómo se deformará nuestro objeto de estudio (curva elástica)
• Donde será la máxima deformación (deflexión máxima)
• Y conocer para cualquier punto a lo largo de la longitud de la viga, cuánto se deforma
o aparta de su condición inicial (Ecuación de la curva elástica)

26. Modelos numéricos (matemáticos)
Cálculo Mediante programas Propios
En otros casos, necesitaremos un poco más de complejidad, ya que necesitamos
manejar otro tipo de información. Para lo cual deberemos basarnos en herramientas
informáticas que nos simplifiquen el cálculo o la visualización de los resultados.
Ejemplo:

27. Modelos numéricos (matemáticos)
Cálculo Mediante programas Propios
En El ejemplo mostrado, debemos ayudar a diseñar la suspensión de un automóvil,
para lo cual realizaremos varias simplificaciones
Modelo por
computadora
Suspensión real Simplificación
Modelo
Matemático

28. Modelos numéricos (matemáticos)
Cálculo Mediante programas Propios
En El ejemplo mostrado:
• Se realiza un recorte de la realidad, es decir, se estudia sólo una parte del problema, con la
finalidad de tener una idea general y rápida del comportamiento del objeto en estudio.
• Se supone que la suspensión (que es algo complejo), sólo se mueve en una sola dirección
(vertical), por lo tanto se dice que tiene un grado de libertad.
• Se supone que sólo tiene un resorte (elemento que almacena energía) y un amortiguador
(elemento que gasta o disipa energía y la transforma en calor) y la masa de la rueda.
• Nos olvidamos del resto de variables del problema, ya que pretendemos estudiar una parte,
en base a estos resultados podremos comenzar a diagramar estudios de mayor
complejidad.

29. Modelos numéricos (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. Modelos numéricos (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. Modelos numéricos (matemáticos)
Podemos ver cómo con dos simples
comandos, se puede realizar una gráfica
que representa el movimiento vertical de
la rueda cuando recibe un golpe (por ej.
Que se encuentre en movimiento y pase
por una loma de burro).
1) La primer función define el problema
a estudiar
2) La 2da línea representa la
perturbación, en este caso es un
impulso, sería un golpe aplicado en un
período muy corto de tiempo
El eje horizontal “time” representa el
tiempo en segundos
El eje vertical “Y1” representa la altura
que se desplaza la rueda una vez que
recibe el golpe.
En esta gráfica se puede observar algo
interesante: y es que el movimiento luego
se extingue, la rueda regresa a su
posición inicial luego de que la
perturbación se retiró.
Los comandos
se escriben aquí

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

33. Modelos numéricos (matemáticos)
Cálculo mediante software comercial
Si tenemos un problema complejo, en donde necesitamos ver mucha interacción
entre distintas parte o problemas muy particulares, quizás debamos recurrir a
programas específicos para la resolución de este tipo de problemas.

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

35. Modelos numéricos (matemáticos)
Con cualquiera de los métodos descriptos para tratar modelos
matemáticos podremos estudiar los siguientes tipos de problemas (entre
otros) y que involucran muchas disciplinas que el ingeniero debe dominar:
• Análisis estático
• Análisis dinámico
• Análisis térmico
• Análisis de fluidos
Y se verán involucradas áreas tales como:
• Resistencia de materiales
• Física, matemática
• Programación

36. Modelos numéricos (matemáticos)
Análisis Estáticos
Este tipo de análisis estudia el efecto logrado en una pieza, estructura u cualquier
objeto en estudio al cual se le agrega una carga que no varía con respecto al tiempo
(se mantiene siempre igual) y que se aplica de manera muy gradual (a una
velocidad muy baja, a fin de despreciar efectos dinámicos o de movimiento).
• Podemos estudiar deformaciones y zonas más exigidas del material

37. Modelos numéricos (matemáticos)
Análisis Dinámico
Este tipo de análisis estudia el efecto logrado en una pieza, estructura u cualquier
objeto en estudio al cual se le agrega una carga que varia en el tiempo. Ejemplo
colisiones o estudio de vibraciones en estructuras.

38. Modelos numéricos (matemáticos)
Análisis Térmico
Este tipo de análisis estudia el efecto logrado en una pieza, estructura u cualquier
objeto en estudio al cual se le agrega alguna transmisión de calor, de cualquiera de
las formas que se detallan:
• Conducción, convección o radiación

39. Modelos numéricos (matemáticos)
Análisis de Fluídos
Este tipo de análisis estudia el efecto logrado en una pieza, estructura u cualquier
objeto en estudio al cual se le agrega o que está inmerso en una corriente de fluido.

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
-- Resumen Clase 01 --

41. Fin.
Si bien a lo largo de la presentación se fueron mostrando muchos trabajos
realizados con software, es importante tener en cuenta que no siempre la
solución más cara y compleja es la mejor. En los casos mostrados, por el tipo
de estudio y necesidad de cálculo se hizo necesaria la simulación utilizando
estos tipos de software de dibujo y/o cálculo.
Todas estas herramientas informáticas son justamente eso “herramientas”, y
bien utilizadas nos pueden agilizar mucho el proceso de diseño, pero no
utilizarlas de manera adecuada nos puede llevar a errores considerables.
Como Mecatrónicos, vamos a tener que conocer las herramientas
disponibles y utilizarlas con criterio
Tener en cuenta además, que el correcto manejo de cada una de estas
herramientas requiere de un profundo conocimiento teórico de las bases
matemáticas y físicas de cada problema.