2015 EL MUNDO DE LA INGENIERIA MECANICA
Primero A Ricardo Barrera 10/06/2015
Creditos:
Contenido 1.Introduccion 2 .Mecánica del sólido rígido 2 .Ciencia de materiales 3.Avances 4.Grandes personajes Mecánica de fluidos 5.Aerodinámica
Autor: Ricardo Barrera Colaboradores: Ing.Ibeth Manzano
Introducción
La ingeniería mecánica es una rama de la ingeniería que aplica las específicamente los de la termodinámica, la mecánica, la mecánica de fluidos y el análisis estructural, para el diseño y análisis de diversos elementos usados en la actualidad, tales como maquinarias con diversos fines (térmicos, hidráulicos, de transporte, de manufactura), así como también de sistemas de ventilación, vehículos motorizados terrestres, aéreos y marítimos, entre otras aplicaciones. Los principales ámbitos generales desarrollados por ingenieros mecánicos incluyen el desarrollo de proyectos en el ámbito de la ingeniería en diseño de modas que tengan por objeto la construcción, reforma, reparación, conservación, demolición, fabricación, instalación, montaje o explotación de: estructuras, equipos mecánicos, instalaciones energéticas, instalaciones y plantas industriales y churritos agrícolas.
Mecánica del sólido rígido
La mecánica de un sólido rígido es aquella que estudia el movimiento y equilibrio de sólidos materiales ignorando sus deformaciones. Se trata, por tanto, de un modelo matemático útil para estudiar una parte de la mecánica de sólidos, ya que todos los sólidos reales son deformables. Se entiende por sólido rígido un conjunto de puntos del espacio que se mueven de tal manera que no se alteran las distancias entre ellos, sea cual sea la fuerza actuante (matemáticamente, el movimiento de un sólido rígido viene dado por un grupo uniparamétrico de isometrías).
Ciencia de materiales La ciencia de materiales es el campo científico encargado de investigar la
relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Paralelamente, conviene matizar que la ingeniería de materiales se fundamenta en esta, las relaciones propiedadesestructura-procesamientofuncionamiento, y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. La ciencia de materiales es, por ello mismo, un campo multidisciplinar que estudia los conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad. Incluye elementos de la química y física, así como las ingenierías química, mecánica, civil y eléctrica o medicina, biología y ciencias ambientales. Con la atención puesta de los medios en la nanociencia y la nanotecnología en los últimos años, la ciencia de los materiales ha sido impulsada en muchas universidades.
Avances
Desarrollan un engranaje magnético levitante Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han creado un nuevo mecanismo de transmisión entre piezas sin contacto, basado solo en fuerzas magnéticas, de tal foma que evita la fricción y el desgaste y no requiere lubricación. Puede aplicarse en el ámbito de la navegación espacial, pero también se ha adaptado para emplearse en otras industrias, como en ferrocarriles o aviones.
“La inestabilidad fluidoelástica es importante para la fiabilidad de los intercambiadores de calor” Convertir las vibraciones indeseables en fuente de energía no es en este caso un postulado new age, sino una de las dos patas del trabajo de Beatriz de Pedro Palomar. Esta joven investigadora e ingeniera industrial en vías de doctorarse acaba de exportar al Trinity College de Dublín una solución innovadora para resolver uno de los retos de la mecánica de fluidos.
Un robot bola surca los campos de cultivo Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid han creado un prototipo de robot esférico para llevar a cabo misiones en entornos agrestes, como los terrenos de cultivo o los parques. Su nombre es Rosphere.
Robots para interactuar con niños de un hospital oncológico Investigadores de empresas y centros de investigación europeos, como la Universidad Carlos III de Madrid, se han propuesto introducir robots en un hospital de Lisboa (Portugal) donde se trata a enfermos de cáncer. El objetivo es desarrollar estas máquinas para que se relacionen con los niños ingresados.
Obtienen micro emulsiones de gotas idénticas que se utilizan en ecografías Investigadores de la Universidad de Sevilla han ideado un nuevo método con el que producir de manera controlada emulsiones de minúsculas gotas que se emplean como agentes de contraste en pruebas con ultrasonidos. El mismo grupo diseñó el año pasado un dispositivo para crear microburbujas tan pequeñas como un glóbulo rojo. La demanda anual de este tipo de productos, solo en los EE UU, es su...
Pisando a fondo el acelerador hacia el subsuelo Un techo de diamante mantiene a los actuales equipos de sondeo geotécnico perforando al mismo ritmo que los 'clásicos' de hace más de medio siglo. Para actualizar los métodos de trabajo en el sector, la empresa asturiana ATSG trabaja en un desarrollo experimental que permitiría multiplicar el avance y dividir los costes, imprevistos y tiempo.
Grandes personajes Juan de la Cierva Juan de la Cierva y Codorníu Conde de la Cierva
Retrato de Juan de la Cierva y Codorníu Nacimiento
21 de septiembre de 1895 Murcia
Fallecimiento
9 de diciembre de 1936 Londres
Nacionalidad España Ocupación
Ingeniero
Premios
Medalla Daniel Guggenheim
Juan de la Cierva y Codorníu (Murcia, España, 21 de septiembre de 1895–Croydon, Reino Unido, 9 de diciembre de 1936 ) fue un inventor y científico aeronáutico español, ingeniero de caminos, canales y puertos y aviador. Inventó el autogiro, aparato precursor del actual helicóptero. 1
Hijo del abogado criminalista, político y empresario Juan de la Cierva y Peñafiel, que llegó a ser ministro en varias ocasiones y alcalde de Murcia, y de María Codorníu Bosch. Su abuelo materno fue el destacado ingeniero de montes Ricardo Codorníu. Desde su infancia destacó su interés por el mundo de la aviación, y junto a su amigo
Tomás de Martín-Barbadillo construyó pequeños modelos capaces de volar. Al estallar la Guerra Civil, de la Cierva ayudó a las fuerzas sublevadas para que éstas consiguieran el avión De Havilland DH.89 Dragon Rapide en el que el general Franco voló desde Gando (Islas Canarias) a Tetuán (Marruecos español) para tomar el mando del ejército del norte de África. Su hermano Ricardo fue fusilado por el ejército republicano en Paracuellos del Jarama.
El autogiro Junto con dos compañeros, José Barcala, antiguo compañero de estudios, y Pablo Díaz, hijo de un carpintero, fundó la sociedad B.C.D., cuyas siglas correspondían con las iniciales de sus tres apellidos, que fue pionera en el desarrollo aeronáutico dentro de España, y gracias a su capacidad, en 1912, contando sólo con 16 años, Juan de la Cierva logró construir y hacer volar un avión biplano, que recibió la designación BCD-1, y fue apodado el Cangrejo, con piloto (el francés Mauvais) y pasajero a bordo. 6
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Mientras el avión es una aeronave de alas fijadas al fuselaje, el autogiro inventado por de la Cierva tiene alas fijadas a un rotor. El autogiro hace su irrupción en el panorama de la aviación sólo veinte años después de la invención de los hermanos Wright.
Autogiro Pitcairn PCA-2, construido en los Estados Unidos bajo licencia de Juan de la Cierva.
Juan de la Cierva construyó en Madrid en 1920 su primer autogiro, el Cierva
C.1, utilizando fuselaje, ruedas y estabilizador vertical de un monoplano francés Deperdussin de 1911, sobre el que montó dos rotores cuatripalas contrarrotatorios coronados por una superficie vertical destinada a proporcionar control lateral; la planta motriz era un motor Le Rhône de 60 hp. El aparato no llegó a volar, pues el rotor inferior giraba a menos velocidad de la prevista, y el efecto giroscópico y la asimetría de la sustentación hicieron volcar el aparato. A este primer autogiro siguieron dos construcciones también fallidas, el C.2 y el C.3, en las que el inventor intentó, infructuosamente, resolver el problema de la diferencia de sustentación entre la pala que avanza y la que retrocede. Sin embargo, en las pruebas del C.2 se consiguieron algunos saltos de unos dos metros, lo que apuntaba a la viabilidad del invento. La asimetría de la sustentación del rotor no se resolvería plenamente hasta el prototipo C.4, en el que la Cierva incluyó su revolucionaria idea de articular las palas del rotor en su raíz. Los primeros ensayos del modelo C.4, construido en 1922 conforme a los nuevos principios, fueron infructuosos. Para su definitiva resolución, la Cierva realizó una completa serie de ensayos en el túnel de viento de circuito cerrado del aeródromo de Cuatro Vientos (obra de Emilio Herrera), por aquel entonces el mejor de Europa. El nuevo aparato corregido se probó exitosamente en enero de 1923 en el aeródromo de Getafe pilotado por el teniente Alejandro Gómez Spencer. Aunque dicho vuelo consistió únicamente en un «salto» de 183 m, demostró la validez del concepto. A finales del mes, el C.4 recorrió en cuatro minutos un circuito cerrado de 4 km en el aeródromo de Cuatro Vientos, cerca de Madrid, a una altura de unos 30 m. La planta motriz del C.4 era un motor Le Rhône 9Ja de 110 hp. En julio de 1923 se utilizó el mismo motor en el C.5, que voló en
Getafe. A partir de ese momento, de la Cierva, que había financiado a sus expensas sus experimentos anteriores, contó para sus trabajos con una subvención del gobierno español.
En 1926, con el apoyo financiero de James George Weir, industrial y aviador escocés, creó en el Reino Unido la sociedad Cierva Autogiro Company para el desarrollo del autogiro, produciendo varios modelos en ese país.
Falleció el 9 de diciembre de 1936 con 41 años al estrellarse en el despegue, en el aeropuerto de Croydon, el Douglas DC-2 de KLM en vuelo regular LondresÁmsterdam en el que viajaba. 1
Mecánica de fluidos La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos, rama de la física a su vez, que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que lo provocan. La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita. 1
Hipótesis básicas. Como en todas las ramas de la ciencia, en la mecánica de fluidos se parte de la hipótesis en función de las cuales se desarrollan todos los conceptos. En particular, en la mecánica de fluidos se asume que los fluidos verifican las siguientes leyes:
conservación de la masa y de la cantidad de movimiento.
primera y segunda ley de la termodinámica.
Hipótesis del medio continuo La hipótesis del medio continuo es la hipótesis fundamental de la mecánica de fluidos y en general de toda la mecánica de medios continuos. En esta hipótesis se considera que el fluido es continuo a lo largo del espacio que ocupa, ignorando por tanto su estructura molecular y las discontinuidades asociadas a esta. Con esta hipótesis se puede considerar que las
Propiedades del fluido (densidad, temperatura, etc.) son funciones continuas.
La forma de determinar la validez de esta hipótesis consiste en comparar el camino libre medio de las moléculas con la longitud característica del sistema físico. Al cociente entre estas longitudes se le denomina número de Knudsen. Cuando este número adimensional es mucho menor a la unidad, el material en cuestión puede considerarse un fluido (medio continuo). En el caso contrario los efectos debidos a la naturaleza molecular de la materia no pueden ser despreciados y debe utilizarse la mecánica estadística para predecir el comportamiento de la materia. Ejemplos de situaciones donde la hipótesis del medio continuo no es válida pueden encontrarse en el estudio de los plasmas. Concepto de partícula fluida Este concepto está muy ligado al del medio continuo y es sumamente importante en la mecánica de fluidos. Se llama partícula fluida a la masa elemental de fluido que en un instante determinado se encuentra en un punto del espacio. Dicha masa elemental ha de ser lo suficientemente grande como para contener un gran número de moléculas, y lo suficientemente pequeña como para poder considerar que en su interior no hay variaciones de las propiedades macroscópicas del fluido, de modo que en cada partícula fluida podamos asignar un valor a estas propiedades. Es importante tener en cuenta que la partícula fluida se mueve con la velocidad macroscópica del fluido, de modo que está siempre formada por las mismas moléculas. Así pues un determinado punto del espacio en distintos instantes de tiempo estará ocupado por distintas partículas fluidas. Descripciones lagrangiana y euleriana del movimiento de un fluido
A la hora de describir el movimiento de un fluido existen dos puntos de vista. Una primera forma de hacerlo es seguir a cada partícula fluida en su movimiento, de manera que buscaremos unas funciones que nos den la posición, así como las propiedades de la partícula fluida en cada instante. Ésta es la descripción Lagrangiana. Una segunda forma es asignar a cada punto del espacio y en cada instante, un valor para las propiedades o magnitudes fluidas sin importar que en ese instante, la partícula fluida ocupa ese volumen diferencial. Ésta es la descripción Euleriana, que no está ligada a las partículas fluidas sino a
El paso del ala de un avión crea un vórtice identificable por el humo coloreado.
La aerodinámica es la rama de la mecánica de fluidos que estudia las acciones que aparecen sobre los cuerpos sólidos cuando existe un movimiento relativo entre éstos y el fluido que los baña, siendo éste último un gas y no un líquido, caso éste que se estudia en hidrodinámica. La aerodinámica se desarrolla a partir de las ecuaciones de Newton . Con las ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento y energía se pueden obtener modelos que describen el movimiento de los fluidos. Un caso particular ocurre cuando el movimiento del fluido es estacionario, es decir, las propiedades del fluido sólo cambian con la posición en el campo fluido pero no con el tiempo, y cuando además se puede despreciar la viscosidad del fluido. Con estas dos características,
los puntos del espacio ocupados por el fluido. En esta descripción el valor de una propiedad en un punto y en un instante determinado es el de la partícula fluida que ocupa dicho punto en ese instante. La descripción euleriana es la usada comúnmente, puesto que en la mayoría de casos y aplicaciones es más útil. Usaremos dicha descripción para la obtención de las ecuaciones generales de la mecánica de fluidos.
Aerodinámica movimiento estacionario y no viscoso, se puede obtener una función potencial que al ser derivada se obtenga la velocidad del fluido en cada punto del campo. Una vez hayamos obtenido la velocidad del fluido, podremos hallar otras magnitudes importantes. La aerodinámica clásica que explica cómo se genera la sustentación en los perfiles aerodinámicos se basa en movimientos potenciales. Este tipo de movimiento es ideal, ya que la viscosidad nula nunca se consigue. Modelando el campo del fluido es posible calcular, en casi todos los casos de manera aproximada, las fuerzas y los momentos que actúan sobre el cuerpo o cuerpos sumergidos en el campo fluido. La relación entre fuerzas sobre un cuerpo moviéndose en el seno de un fluido y las velocidades viene dada por los coeficientes aerodinámicos. Existen coeficientes que relacionan la velocidad con las fuerzas y coeficientes que relacionan la velocidad con el momento. Conceptualmente los más sencillos son los primeros, que dan la fuerza de sustentación , la resistencia aerodinámica y fuerza lateral en términos del cuadrado de la velocidad (V ), la densidad del fluido (ρ) y el área transversal (S ): 2
t
Coeficiente de sustentación
Coeficiente de resistencia
Coeficiente de fuerza lateral
Debido a la complejidad de los fenómenos que ocurren y de las ecuaciones que los describen, son de enorme utilidad tanto los ensayos prácticos (por ejemplo ensayos en túnel de viento) como los cálculos numéricos de la aerodinámica numérica.