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FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA MECÁNICA

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Sistema internacional de unidades Las unidades vigentes en España según la ley 3/1985 de 18 de Marzo son las del sistema internacional de unidades (SI) que también es el vigente en toda la Comunidad Europea. El uso de este sistema (y su enseñanza) es obligatorio en todo el territorio del Estado Español.

Las unidades básicas del sistema internacional son las que aparecen en la tabla siguiente:

Unidades básicas del sistema internacional (SI)

Magnitud Unidad

Nombre Símbolo Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Intensidad eléctrica ampere A Intensidad luminosa candela cd Temperatura kelvin K Cantidad de sustancia mol mol

Además de las unidades básicas hay dos unidades suplementarias:

Unidades suplementarias del sistema internacional (SI)

Magnitud Unidad

Nombre Símbolo Ángulo plano radián rad Ángulo sólido estereorradián sr

A partir de las unidades básicas y suplementarias pueden derivarse otras; algunas de estas tienen nombre propio, como se muestra en la tabla siguiente.

Unidades derivadas que tienen nombre propio

Magnitud Unidad

Nombre Símbolo Expresión Actividad de un radionucleido becquerel Bq s-1 Carga eléctrica, cantidad de electricidad coulomb C s·A Capacidad eléctrica farad F m-2·kg-1·s4·A2 Índice de dosis absorbida gray Gy m2·s-2

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Inductancia henry H m2·kg·s-2·A-2 Frecuencia hertz Hz s-1 Energía, trabajo joule J m2·kg·s-2 Flujo luminoso lumen lm cd·sr Iluminancia lux lx m-2·cd·sr Fuerza newton N m·kg·s-2 Resistencia eléctrica ohm Ω m2·kg·s-3·A-2 Presión pascal Pa m-1·kg·s-2 Conductancia eléctrica siemens S m-2·kg-1·s3·A2 Dosis equivalente sievert Sv m2·s-2 Densidad de flujo magnético tesla T kg·s-2·A-1 Potencial eléctrico, fuerza electromotriz volt V m2·kg·s-3·A-1 Potencia, flujo radiante watt W m2·kg·s-3 Flujo magnético weber Wb m2·kg·s-2·A-1

Los símbolos de las unidades pueden verse afectados de prefijos que actúan como múltiplos y submúltiplos decimales. Estos prefijos se colocan delante del símbolo de la unidad correspondiente sin espacio intermedio. El conjunto del símbolo más el prefijo equivale a una nueva unidad que puede combinarse con otras unidades y elevarse a cualquier exponente (positivo o negativo). Los prefijos decimales se muestran en las tablas siguientes.

Múltiplos decimales Prefijo Símbolo Factor deca da 101 hecto h 102 kilo k 103 mega M 106 giga G 109 tera T 1012 peta P 1015 exa E 1018 zetta Z 1021 yotta Y 1024

Submúltiplos decimales Prefijo Símbolo Factor deci d 10-1 centi c 10-2 mili m 10-3 micro μ 10-6

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nano n 10-9 pico p 10-12 femto f 10-15 atto a 10-18 zepto z 10-21 yocto y 10-24

• Los símbolos que corresponden a unidades derivadas de nombres propios se escriben con la letra inicial mayúscula (ejemplos: A, V, etc.). Siempre con letras romanas a excepción del ohm.

• Los demás símbolos se escriben con letras romanas minúsculas. • Los símbolos de las unidades no cambian de forma para el plural (no incorporan

ninguna s) y no van seguidos de punto. • Las unidades derivadas se definen como productos o cocientes de las unidades

básicas o suplementarias aunque también pueden utilizarse unidades suplementarias con nombre propio. Para expresar las unidades derivadas pueden utilizarse los siguientes métodos:

o Poner las diferentes unidades una a continuación de otra sin separación; por ejemplo: As, Nm. En este caso se deben evitar las combinaciones en que una unidad que tiene el mismo símbolo que un prefijo se coloque delante ya que pueden dar lugar a confusión. Por ejemplo no debe utilizarse mN (que significa milinewton) en lugar de Nm (newton por metro).

o Poner las diferentes unidades separadas por un punto alto; por ejemplo: A·s, N·m. Esta disposición es preferible a la anterior. En este caso también conviene evitar las combinaciones que puedan dar lugar a confusión si el punto es poco visible (así hay que evitar, por ejemplo, m·N).

o En el caso de cocientes puede utilizarse: Un cociente normal La barra inclinada (m/s, m/s2) evitando el uso de productos en el

denominador; por ejemplo podemos escribir: kg/A/s2 en lugar de kg/(A·s2

Potencias negativas; por ejemplo: kg·A).

-1·s-2

• Los nombres de las unidades se escriben siempre con minúsculas. .

• Los nombres de las unidades llevan una s cuando se escriben en plural, excepto los que terminan en s, z o x.

• Los nombres de las unidades que corresponden a nombres de personas deben escribirse con idéntica ortografía que el nombre correspondiente pero, como es lógico, con minúscula inicial.

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Cambio de unidades Unidades angulares

Nombre Símbolo Valor cuadrante 1.571 rad grado ° 0.0175 rad minuto ' 0.291 mrad revoluciones rev. 6.283 rad segundo '' 4.85 μrad

Unidades eléctricas Nombre Símbolo Valor siemens S 1 Ω-1

Unidades de energía, trabajo y calor Nombre Símbolo Valor

unidades térmicas británicas BTU 1.05506 kJ unidades térmicas británicas por minuto BTU/min 17.57 W atmósfera-litro 101.3 J caloria cal 4.1868 J caballo de vapor CV 736 W caballo de vapor USA HP 745.7 W electrón-volt eV 0.16 aJ erg erg 0.1 μJ kilowatt-hora kW·h 3.6 MJ watt-hora W·h 3.6 kJ

Unidades longitud, superficie y volumen Nombre Símbolo Valor

acre 4047 m2 acre cúbico 1233.48 m3 anstrong Å 0.1 nm área 100 m2 brazas (fathoms) 1.8288 m centiárea 1 m2 cuartos 946.5 cm3 fermi 1·10-15m galones imperiales 4546.1 cm3 galones USA 3785.4 cm3 hectárea 1 hm2 litro l (o L) 1 dm3

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micra μ 1 μm milla 1.609 km millas cuadradas 2.59 km2 onza para fluidos 29.6 cm3 pies ft 0.3048 m pies cuadrados ft 0.0929 m2 2 pies cúbicos ft 0.0283 m3 3 pinta 0.473 dm3 pulgadas " 2.54 cm pulgadas cuadradas 6.452 cm2 pulgadas cúbicas 16.39 cm3 yardas 0.9144 m yardas cúbicas 0.7645 m3

Unidades magnéticas Nombre Símbolo Valor gauss G 100 μT

Unidades de fuerza, masa, peso y presión Nombre Símbolo Valor

atmósfera atm. 10303 kg/m2 atmósfera atm. 101.325 kN/m2 bar 100 kN/m2 centímetros de mercurio cm Hg 136 kg/m2 dina 1.02 mg drams 1.7718 g grain 0.0648 g libra 453.59 g metro de columna de agua m.c.a. 0.1 kg/cm2 newton Nw 0.102 kg onza 28.35 g onza troy 31.1 g pascal 1 N/m2 psi 6894.76 N/m2 quintal métrico 100 kg tonelada métrica 1000 kg torr 133.32 N/m2

Unidades de tiempo y velocidad Nombre Símbolo Valor

minuto min 60 s

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hora h 3600 s dia dia 86400 s nudo 0.514 m/s veces la velocidad de la luz c 299793 km/s

Ejemplos

El factor de conversión es una fracción en la que el numerador y el denominador son medidas iguales expresadas en unidades distintas, de tal manera, que esta fracción vale la unidad. Método efectivo para cambio de unidades y resolución de ejercicios sencillos dejando de utilizar la regla de tres.

Ejemplo 1: pasar 15 pulgadas a centímetros (factor de conversión: 1 pulgada = 2,54 cm)

15 pulgadas × (2,54 cm / 1 pulgada) = 15 × 2,54 cm = 38,1 cm

Ejemplo 2: pasar 25 metros por segundo a kilómetros por hora (factores de conversión: 1 kilómetro = 1000 metros, 1 hora = 3600 segundos)

25 m/s × (1 km / 1000 m ) × (3600 s / 1 h) = 90 km/h

Ejemplo 3: obtener la masa de 10 litros de mercurio (densidad del mercurio: 13,6 kilogramos por decímetro cúbico)

Nótese que un litro es lo mismo que un decímetro cúbico. 10 litros de mercurio × (1 decímetro cúbico de mercurio / 1 litro de mercurio) × (13,6 kilogramos / 1 decímetro cúbico de mercurio) = 136 kg

Ejemplo 4: pasar 242º a radianes (Factor de conversión: 180º = π rad)

242º x (πrad/180º) = 4,22 rad En cada una de las fracciones entre paréntesis se ha empleado la misma medida en unidades distintas de forma que al final sólo quedaba la unidad que se pedía.

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VVeennttaajjaass ddeell SSiisstteemmaa IInntteerrnnaacciioonnaall

Son básicamente cuatro las ventajas en utilizar el Sistema Internacional de Unidades:

- Unicidad: existe una y solamente una unidad para cada cantidad física [ej: el metro para longitud, el kilogramo para masa, el segundo para tiempo, y así en adelante]. Es a partir de estas unidades, conocidas por fundamentales, que se derivan todas las demás.

- Uniformidad: elimina confusiones innecesarias al utilizar los símbolos.

- Relación decimal entre múltiplos y sub-múltiplos: la base 10 es apropiada para el manejo de la unidad de cada cantidad física y el uso de prefijos facilita la comunicación oral y escrita.

- Coherencia: evita interpretaciones erróneas

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Solución:

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Aceleración instantánea

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SISTEMAS MECÁNICOS.

ÍNDICE

• Componentes • Aplicaciones• Robots

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CONCEPTO DE ROBOT

El término ROBOT proviene del término checo robota, que significa “siervo”.

Podemos definir ROBOT como aquella máquina que es capaz de realizar diversos trabajos de forma automática al ejecutar una serie de instrucciones programables.

Son máquinas dotadas de una cierta autonomía y capacidad de reacción sin que sea necesaria la intervención humana.

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ARQUITECTURA DE UN ROBOT

• En un robot se pueden distinguir cuatro elementos bien diferenciados:

–La estructura

–Los actuadores

–Los sensores

–El sistema de control

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LOS SENSORES

Son los sentidos del robot, es decir constituyen un conjunto de elementos que le permiten conocer el estado del mundo que le rodea y la posición exacta de sus componentes.

Algunos tipos de sensores electrónicos:

» Sensores de temperatura.» Sensores de deformación.» Sensores de luz.» Sensores de contacto.» Sensores de proximidad.

LOS SISTEMAS DE CONTROL

Es el cerebro del robot. En función de las tareas que desempeña el robot, es más o menos complejo.Existen diferentes sistemas para controlar los robots.