UNIVERSIDAD CENTRAL DE COSTA RICA

INGENIRÍA ELECROMECÁNICA

ENSAYO: APLICACIÓN DE MECÁNICA DE SÓLIDOS HACIA LA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

ESTUDIANTE: PEDRO DANIEL ABARCA RODRÍGUEZ

DIRIJIDO A: DIRECTOR DE CARRERA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

ING. ADRIÁN HERNANDEZ.

I CUATRIMESTRE 2016

MARTES 10 DE MAYO DEL 2016

Mecánica de solidos aplicada a la ingeniería Electromecánica.

Dicho ensayo está enfocado en hacer ver la importancia de la mecánica de materiales hacia la Ingeniería Electromecánica, se abordarán temas vistos en clases como son momentos de inercia, torsión, esfuerzo y deformación, entre otros, todos éstos principios sirven para la elaboración de algún diseño de mecanismo en perspectiva estática y dinámica como lo que son grúas, tractores, robótica, diseño de alguna pieza de cualquier material, siempre tomando en cuenta las posibles fuerzas que puedan afectar la estructura.

Tomando en cuenta lo anterior, esto implica una energía cinética siempre presente en estructuras electromecánicas, ya que normalmente son estructuras en movimientos constantes y sin duda alguna esto no se puede dejar por fuera y por ende formará parte de la vida cotidiana del Ingeniero Electromecánica.

En lo que concierne a la materia que se encuentra en la descripción del curso se tienen los siguientes temas: momentos de inercia, el cual están comprendido en Capitulo 8, torsión en el capítulo 6, Análisis de esfuerzo y deformación en capítulo 10, flexión asimétrica y centro corte en capítulo 14 y Columnas en capítulo 16. Se abordarán los temas vistos en clase y que pueden ser aplicados a la Ingeniería Electromecánica.

En toda construcción de la rama de ingeniería, a cada parte o componente de una estructura, maquina o sistema siempre se debe asignar tamaños físicos establecidos, esto con una idea muy clara de que deben ser partes adecuadas para resistir fuerzas tanto propias a como fuerzas externas que siempre estarán presentes y puedan actuar sobre alguna parte. Con ésto, si se fabrica un recipiente en el cual esté sometido a diferentes presiones pues sus paredes deben ser diseñadas para tener resistencia a fuerzas interiores. La base de una máquina, grúa, robot también deben ser diseñadas para soportar su propio peso, posibles pesos que levantara, y posibles fuerzas que pueden actuar sobre el diseño. La fecha o árbol de alguna maquina debe ser diseñado del tamaño adecuado para transmitir el par de torsión deseado.

El ala de un avión debe ser diseñada y construida con una resistencia adecuada para interactuar con cargas aerodinámicas que estarán presentes en el despegue, vuelo y aterrizaje. De la misma manera las partes de una estructura compuesta deben ser suficientemente rígidas para no desviarse excesivamente al operar bajo las curvas impuestas. La base de un robot por ejemplo puede ser suficientemente fuerte y sin embargo se podrían presentar desviaciones excesivas que en algunos casos pueden causar desequilibrio del equipo o del sistema y de igual forma podría llevar a rupturas en éste caso del robot. Además un sistema

puede ser tan delgado o esbelto que al estar sometido a cargas de compresión, sufra un colapso por compresión, y con esto la configuración inicial del sistema podría volverse inestable. Con todo esto mencionado sin duda se debe decir que para diseñar una máquina, no solo se debe tomar en cuenta la parte eléctrica, electrónica, salud ocupacional, sino que dentro de la parte mecánica se debe incluir sin duda alguna dichos cálculos, esto con el fin de realizar una obra segura y apta para operar a diferentes circunstancias que se pueden presentar en la vida real. Aplicando cálculos de mecánica de solidos nos permite obtener el valor de la carga máxima que una estructura rígida podría tomar antes de llegar a un estado de pandeo, con esto se puede establecer una norma de esfuerzos máximos y evitar sobrepasar dicho límite.

De igual manera siempre se debe cuidar la parte económica, por eso se debe tener muy claro para que va a ser construido un sistema y de ahí partir y diseñar adecuadamente los esfuerzos máximos y no sobrepasar de manera excesiva los costos, sino más bien hacer el diseño con el menor costo posible, aparte de cuidar los costos también se debe cuidar el peso del sistema, en muchas ocasiones es crucial hacer un sistema liviano tales como en los casos de los satélites, la factibilidad y el éxito de toda la misión puede depender del peso de una carga. Éste tema de la mecánica de materiales es sin duda alguna de suma importancia para la ingeniería, ya que gracias a métodos, formulas, entre otros, es posible obtener y determinar la resistencia, la rigidez “esto implica obtener características de deformación”, y la estabilidad de los diversos miembros sometidos a una carga, por lo que si se va a diseñar un robot que deba levantar 200 kilogramos y tal vez éste en movimiento, es de suma importancia conocer los puntos débiles de la estructura, saber de qué material debe hacerse para poder soportar su propio peso, pesos ajenos y en muchos casos fuerzas adicionales.

En la antigüedad se usaba experiencia acumulada y reglas empíricas para realizar estructuras de cierta índole, y fue hasta la llegada de Galileo por primera vez en el siglo XVII, que con estudios e investigaciones de fuerzas internas y externas a cuerpos sólidos sometidos a cargas, explicó de manera racional el comportamiento de dichos cuerpos, él estudió miembros de tensión y compresión, y vigas empleadas notablemente en cascos de buques para la marina italiana, y esto se puede decir que fueron los primeros estudios racionales sobre éste tema, y de ahí un gran comienzo y desarrollo para una nueva era, gracias a todo esto hoy en día podemos diseñar sistemas de gran magnitud con bases racionales.

El tema de mecánica de solido toca sin duda todas las ramas de la ingeniería, y esto en una gran manera y de forma directa. Sus métodos son necesarios para los diseñadores de estructuras fueran de la costa, para ingenieros civiles en el diseño de puentes y edificios, para ingenieros de minas y lo ingenieros y arquitectos que se dedican a estructuras, para ingenieros nucleares que ven el diseño de componentes reactores, para ingenieros electromecánicos, mecánicos y químicos, que confían en los métodos de mecánicas de materiales o

sólidos para diseñar estructuras mecánicas, maquinaria, robots, recipientes a presión y entre otros diseños, para la metalurgia que por medio de conceptos de éste tema se basan para mejorar día con día materiales ya existentes, también los ingenieros electricistas, que dependen mucho de la parte mecánica para llevar a cabo su trabajo de una mejor manera en la parte de equipo eléctrico. Todo esto mencionado sin duda alguna obliga a cualquier tipo de ingeniero a tener conocimiento sobre ésta área, junto con otras como son mecánica de fluidos, termodinámica, teoría eléctrica, entre otros, esto es de suma importancia para el curriculum de un ingeniero.

El comportamiento de una parte para una estructura llámese robot, maquina, que se encuentra sometido a fuerzas depende no solo de las leyes fundamentales de la mecánica newtoniana que se basan en el equilibrio de las fuerzas, sino también en características mecánicas de los materiales de que está hecha cada parte, la información de la cual está hecha cada material se extrae en un laboratorio, el mismo se somete a diversas pruebas en el cual se aplican diferentes fuerzas y presiones y esto da para poder formar una tabla ya normalizada y así facilitar a la hora de escoger el material más adecuado para cada caso, esto porque algún material es más adecuado para soportar fricción, otro más adecuado para soportar altas temperaturas y otros más bien temperaturas muy bajas.

En los siguientes espacios se van a presentar más detalladamente temas vistos en clases de mecánica de sólidos que sin duda alguna son completamente aplicables a sistemas meramente de índole Ingeniería Electromecánica.

Inercia En Ingeniería Electromecánica, el tema de mecánica de materiales sirve para diseño y realización de equipos móviles ya antes mencionados, se tomará el caso de un robot, dicha estructura para su diseño necesita estrictamente todos los principios de mecánica de materiales, ya que se debe encontrar el momento de inercia de la estructura, con esto podemos decir que todo cuerpo tiene un centro de gravedad por el que pasan tres ejes perpendiculares entre sí (los ejes de inercia ) en torno a los cuales tiende a rotar cuando recibe un empujón.  El momento de inercia se refiere a la distribución de las masas que componen el cuerpo, en relación a sus ejes de inercia, o sea en relación a su centro de gravedad. Cuanto mayor sea la distancia entre las masas y su centro de gravedad, mayor será la dificultad para que el cuerpo pueda rotar o dejar de hacerlo, ésto nos ayuda a entender muchas cosas y comportamientos sobre lo que se va a realizar, tener puntos de referencia de la estructura y demás, entonces si vamos a tener un robot o estructuras que giran a velocidades muy altas es de suma importancia saber su punto de inercia para posteriormente aplicar otras fórmulas como por ejemplo la de flexión. El valor para determinar el momento de

inercia está definido por la integral de y2 dA sobre el área de sección transversal de un miembro.

Torsión Al igual como es necesario tener en cuenta la inercia, también es de suma importancia tener en cuenta la torsión, no solo se debe estudiar la fuerza que ejerce el peso por sí solo de un elemento, sino también hay otras fuerzas externas, esto implica que basándose con el ejemplo del robot, se debe visualizar una estructura que soporte fuerzas externas, y anticipar las fuerzas a la que estará sometida la estructura, para esto se debe saber que tanta fuerza debe levantar el robot, y sabiendo que la torsión es el esfuerzo que experimenta un material cuando se le aplican fuerzas que tienden a retorcerlo, evitar fallas en el sistema de ésta índole.

Esfuerzo y deformación. El esfuerzo es la razón de una fuerza aplicada con respecto al área con la que actúa, se pueden dar varios tipos de esfuerzo como son: tracción, compresión, flexión, corte y tensión, la deformación es el cambio relativo de las dimensiones o formas de un cuerpo como resultado de la aplicación de un esfuerzo, y así con éstos principios se puede retomar el ejemplo del robot y aplicarlos así mismo para determinar posibles formas de esfuerzos y deformaciones posibles, manteniendo éstos principios se podrá evitar posibles fallas a la hora de hacer algún levantamiento de fuerzas o aparición de alguna posible carga adicional.

Flexión asimétrica. Para generar una flexión simple se hace con la utilización de un eje principal, y al aplicar un momento por lo común se aplica a un eje o plano en común, pero normalmente el momento no es aplicado al eje principal y es a esto a lo que se conoce como flexión asimétrica, en éstos casos que realmente son los más comunes en la vida cotidiana, se descompone sobre cada eje y aplicar la ecuación del esfuerzo normal para posteriormente utilizando el método de superposición encontrar el resultado, en el caso del robot es utilizado porque el robot a pesar de que es diseñado de una forma simétrica, pues aún con esto tendrá cargas asimétricas, por lo que debe incluirse en los cálculos y evitar posibles fallas o rupturas en la estructura.