2015-2016
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
INNOVACIÓN DE NUEVOS MATERIALES EN LA INGENIERÍA MECÁNCIA.
INGENIERÍA MECÁNICA | SANTIAGO CHUQUITARCO
Ingeniería mecánica innovación
C
on este número la revista Ingeniería Mecánica Tecnología y Desarrollo da un giro
importante ya que pasa de ser una revista impresa a una de formato exclusivamente electrónico. Esto no solo se dio por la petición expresa del área de revistas indizadas del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, sino que se considera como una gran oportunidad para extender la visibilidad de este órgano de difusión de la Ingeniería Mecánica en Ecuador y en el mundo. De esta manera la revista se puede consultar a través de una li
gas dentro del sitio web de la Sociedad Ecuatoriana de Ingeniería Mecánica A.C. además de los enlaces establecidos en los portales del Conacyt, Scielo, Redalyc, Periódica y Lati Es conveniente mencionar que además de mejorar la visibilidad de la revista, la SOMIM ha emprendido nuevos esquemas de difusión del conocimiento en Ingeniería Mecánica. En este sentido, las memorias de su Congreso Anual pasan a ser una publicación periódica y cada año se editará un libro con los trabajos más relevantes sometidos a dicho evento. En este número se presentan diferentes trabajos de innovación sobre diferentes aspectos de la Ingeniería Mecánica Diciembre 2015
CONTENIDO
ARTÍCULOS
Ingeniería mecánica innovación __________________ 2 Generalidades de ingeniería mecánica _____________ 4 Desarrollo de la ingeniería mecánica __________________________5
Pueden incrementar rápidamente su dureza, viscosidad o acuosidad _________________________________________ 6 Ingenieros e investigadores Los avances tendrían especial aplicación en la industria automotriz, la ingeniería mecánica y la industria electrónica. ______________________________________________6
Cristales hechos con vapor en lugar de líquido para no dañar la electrónica ____________________________ 7 Diseñan un nuevo proceso para diseñar 'marcos orgánicos de metal' ____________________________________________ 7 Congelar para fabricar: nuevo método de creación de materiales fuertes y ligeros ___________________________ 9
Metalurgia campo de innovación en ingeniería mecánica ____________________________________________ 12 Equipamiento ____________________________________ 14 Proyectos destacados _______________________________ 14
Generalidades de ingeniería mecánica
La Carrera de Ingeniería Mecánica empieza a funcionar a comienzos de la década de los sesenta, con el nacimiento de la Facultad de Ingeniería Mecánica. Desde entonces, su contribución con el aparato productivo del país ha sido permanente en la formación de profesionales idóneos, mismos que están cumpliendo a cabalidad las labores profesionales o académicas que se les exige tanto en empresas como en postgrados, dentro y fuera del país .
Desarrollo de la ingeniería mecánica Históricamente, esta rama de la ingeniería nació en respuesta a diferentes necesidades que fueron surgiendo en la sociedad. Se requería de nuevos dispositivos con funcionamientos complejos en su movimiento o que soportaran grandes cantidades de fuerza, por lo que fue necesario que esta nueva disciplina estudiara el movimiento y el equilibrio. También fue necesario encontrar una nueva manera de hacer funcionar las máquinas, ya que en un principio utilizaban fuerza humana o fuerza animal. La invención de máquinas que funcionan con energía proveniente del vapor, del carbón, de petroquímicos (como la gasolina) y de la electricidad trajo grandes avances, dando origen a la Revolución a mediados del siglo XVIII. Más adelante surgiría la producción en serie. La ingeniería mecánica es una rama de la ingeniería que aplica, específicamente, los principios 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 maquinaria 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 los campos de la ingeniería 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.
Nuevos materiales inteligentes para productos de alta tecnología en Ingeniería Mecánica Pueden incrementar rápidamente dureza, viscosidad o acuosidad
su
Ingenieros e investigadores de once institutos especializados que conforman la organización alemana Fraunhofer-Gesellschaft han unido esfuerzos para desarrollar una nueva gama de materiales inteligentes, capaces de adaptar sus propias condiciones físicas a distintas situaciones con mayor velocidad. Los avances tendrían especial aplicación en la industria automotriz, la ingeniería mecánica y la industria electrónica. Por Pablo Javier Piacente.
La ingeniería mecánica, la industria automotriz y los dispositivos electrónicos podrían beneficiarse con estos nuevos materiales inteligentes. Imagen: Fraunhofer-Gesellschaft.
La Fraunhofer Adaptronics Alliance, conformada por especialistas de once institutos de investigación que forman parte de FraunhoferGesellschaft, ha avanzado en el desarrollo de una nueva generación de materiales inteligentes, que pueden modificar rápidamente condiciones como su dureza, viscosidad o acuosidad para adaptarse a un contexto cambiante. Sectores como la electrónica, la mecánica y la industria automotriz podrían beneficiarse con estos nuevos materiales.
La posibilidad de contar con materiales flexibles e independientes en su funcionamiento, que pueden adaptarse a condiciones cambiantes a gran velocidad, parece estar cada vez más cerca de convertirse en una realidad cotidiana Estos materiales inteligentes tendrían un amplio rango de aplicaciones, sobretodo en el terreno de la electrónica y las aplicaciones en automóviles.
Cristales hechos con vapor en lugar de líquido para no dañar la electrónica Diseñan un nuevo proceso para diseñar 'marcos orgánicos de metal' Científicos de Bélgica, Singapur y Australia han diseñado un proceso que utiliza vapor en lugar de líquido para desarrollar unos cristales especiales que mejorarían la potencia de los dispositivos electrónicos. Hasta ahora esos cristales, denominados 'marcos orgánicos de metal' sólo se podían desarrollar con líquidos, que corroen la electrónica. Primer plano de los cristales marcos orgánicos de metal (MOF). Fuente: Csiro.
Los líquidos se suelen considerar la kriptonita de la electrónica, por su poder corrosivo. Es por eso que un nuevo proceso que utiliza vapor en lugar de líquido para desarrollar cristales de diseño podría conducir a una nueva generación de dispositivos electrónicos más rápidos y potentes. Estos cristales son los materiales más porosos del mundo, y si se aplican a los dispositivos micros electrónicos, podrían aumentar significativamente su capacidad de procesamiento.
Sin embargo, según el investigador de Csiro Mark Styles, hasta ahora estos cristales sólo podían ser desarrollarse y aplicarse utilizando un disolvente líquido, que los hace inadecuados para aplicaciones de electrónica. "Al igual que a su teléfono inteligente no le gusta al agua, los dispositivos electrónicos no les gusta el disolvente líquido que se usa para hacer los cristales MOF", dice Styles. "Puede corroer y dañar los delicados circuitos. Nuestro nuevo método supera esta barrera".
Técnicas de los cristales hechos a vapor por ingeniería mecánica. A escala atómica, los cristales MOF parecen jaulas de pájaros que pueden hacerse a medida para tener diferentes formas y tamaños. Tienen un área de superficie muy grande, lo que significa que pueden estar vacíos por dentro hasta en un 80 por ciento. El resultado final es una estructura en la que casi todos los átomos están expuestos al espacio vacío: un gramo de cristales MOF tiene una superficie de más de 5.000 metros cuadrados -como un campo de fútbol". "Lo importante es que podemos utilizar este vasto espacio para atrapar a otras moléculas, que pueden cambiar las propiedades de un material", añade Styles. "En el caso de la electrónica, esto significa que podemos encajar muchos más transistores en un microchip, por lo que es más rápido y mucho más potente."
El equipo internacional, que fue dirigido por Ivo Stassen y Rob Ameloot de la Universidad de Lovaina, se basó en técnicas de análisis de rayos X especializadas de Csiro y el australiano para entender cómo funciona el proceso de vapor, y cómo puede ser utilizado para desarrollar los cristales MOF.
Según Styles, las aplicaciones de MOF sólo tienen el límite de la imaginación. "Otro uso potencial de esta tecnología sería en sensores químicos portátiles que podrían utilizarse en ambientes peligrosos, tales como plantas de procesamiento químico y minas subterráneas".
Congelar para fabricar: nuevo método de creación de materiales fuertes y ligeros
Los Diferentes Tipos De Soldadura Ingeniería Mecánica Innovación
En
Dependiendo de la técnica utilizada, y el equipamiento que se necesita, podemos definir diferentes métodos de soldadura que explicaremos a continuación:
Soldadura por gas
S
e trata de una técnica bastante simple, barata y
popular, aunque su utilización en procesos industriales ha disminuido últimamente. La más conocida es aquella que utiliza la combustión de acetileno en oxígeno, llamada soldadura autógena, que permite alcanzar una llama que supera los 3.200 °C. Sus ventajas principales son su bajo costo y la capacidad de movilidad sus equipos. La desventaja, es el tiempo que tardan los materiales al enfriarse. Es una de las técnicas más utilizadas en trabajos de plomería.
Soldadora Autógena
Se trata de un proceso de soldadura con fusión, normalmente sin aporte externo de material metálico. Es posible soldar casi cualquier metal de uso industrial: cobre y sus aleaciones, magnesio y sus aleaciones, aluminio y sus aleaciones, así como aceros al carbono, aleados e inoxidables. Aunque actualmente ha sido desplazada casi por completo por la soldadura por arco, ya que uno de los problemas que plantea la soldadura oxiacetilénica son las impurezas que introduce en el baño de fusión además de baja productividad y difícil automatización.
Soldadura por arco
Esta es una de las técnicas más desarrolladas, y existen muchos procesos que se basan en este principio. Para lograr la soldadura se utiliza una fuente de energía eléctrica (ya sea corriente continua o alterna) que permite derretir los metales.
Soldadura por Arco El proceso varía de acuerdo a la fuente de energía utilizada, el tipo de electrodos, y la utilización o no de un gas u otro material que altere la interacción de los componentes con atmósfera. SMAW (Shielded Metal Arc Welding): En castellano se la conoce por las siglas MMA (Soldadura Manual de Arco Metálico), o soldadura de electrodo. En este proceso se utilizan electrodos de acero revestidos con un material fundente que, con el calor de la soldadura, produce CO2. Este gas actúa como un escudo contra el oxígeno de la atmósfera, previniendo la oxidación y otros tipos de contaminación del metal. El núcleo de acero del electrodo, al fundirse, une las piezas y rellena los espacios. Es una técnica sencilla de aprender y los equipos que requiere son baratos y fáciles de conseguir.
GMAW – Soldadura de Gas de Arco Metálico GMAW (Gas Metal Arc Welding): En castellano, soldadura de gas de arco metálico, o de gas de metal inerte (MIG), es una técnica parecida a la anterior, pero que usa un electrodo que no se consume y un gas inerte, que se suministra a parte, y que sirve como blindado. Es una técnica también sencilla de aprender, pero que requiere un equipo algo más sofisticado. Al requerir la aplicación de un gas, no es muy adecuada para trabajos al aire libre.
Soldadura
por
resistencia:
En esta técnica se aplica una corriente eléctrica directamente a las piezas que deben ser soldadas, lo que permite fundirlas y unirlas. Las técnicas más utilizadas son las llamadas soldadura por puntos y soldadura de costura, que permiten unir varas piezas de metal fino, ya sea en pequeñas uniones o en soldaduras largas y continuas. Soldadura por rayo de energía: En esta técnica se puede utilizar un rayo láser concentrado o un haz de electrones disparado en el vacío para lograr soladuras de alta precisión.
Soldadura sólido
de
estado
Son técnicas que permiten unir las piezas sin fundirlas. Una de ellas, es la aplicación de ondas de ultrasonido en una atmósfera de presión alta, muchas veces utilizada para la unión de materiales plásticos. Otra técnica es la soldadura explosiva, que consiste en colisionar dos piezas a alta velocidad, lo que produce que los materiales se plastifiquen y se unan sin generar demasiado calor.
Metalurgia campo de innovación en ingeniería mecánica
E
l cobre fue uno de los primeros minerales
trabajados por el hombre, ya que se le encuentra en estado casi puro (cobre nativo) en la naturaleza. Junto al oro y la plata fue utilizado desde finales del Neolítico, golpeándolo, al principio, hasta dejarlo plano como una lámina. Después, como consecuencia del perfeccionamiento de las técnicas cerámicas, se aprendió a fundirlo en hornos y vaciarlo en moldes, lo que permitió fabricar mejores herramientas y en mayor cantidad. Posteriormente se experimentó con diversas aleaciones, como la del arsénico, que produjo cobre arsenicado, o la del estaño, que dio lugar al bronce. El empleo de los metales se debió, inicialmente, a la necesidad que se creó el hombre de utilizar objetos de prestigio y ostentación, para, posteriormente, pasar a sustituir sus herramientas de piedra, hueso y madera por otras mucho más resistentes al calor y al frío (hechas en bronce y, sobre todo, hierro).
La metalurgia
es la técnica de la obtención
y tratamiento de los metales a partir de minerales metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos. La metalúrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la tecnología y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus menas, de una manera eficiente, económica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad
Resistencia de materiales para innovación en la ingeniería mecánica.
la
El Laboratorio de Resistencia de Materiales comparte espacios con el laboratorio de Tecnología Mecánica para facilitar la fusión de estas dos vertientes de la Mecánica. Este laboratorio se usa en diferentes asignaturas, tanto en las comunes como en las específicas de Mecánica, para acercar la teoría a la práctica. Se realizan ensayos de caracterización mecánica de piezas; se evalúan las propiedades micros estructurales, superficiales y térmicos de materiales; y también se dispone de programas de simulación numérica de situaciones reales de carga en piezas complicadas. Para los ensayos de resistencia, se cuenta con una máquina universal de ensayo, que permite realizar experimentos computarizados de tracción, compresión y flexión; un durómetro, para la evaluación de la resistencia superficial de los materiales; un péndulo de Charly, también conocido como máquina de ensayos de impacto; y conjuntos de pesas y dinamómetros para que los alumnos diseñen puestos de trabajo para el estudio de la flexión.
Para la caracterización de materiales se dispone de una pulidora semaautomática para preparar muestras cristalográficas; un microscopio óptico, que permite observar la microestructura de los materiales y realizar mediciones de huellas de indotación realizadas con el durómetro; un horno de alta temperatura, para realizar tratamientos térmicos en metales y experimentos de choque térmico; y un equipo de ensayos Bominí para medir los efectos de los tratamientos térmicos.
Equipamiento
Máquina universal de ensayos (tracción, compresión y flexión) Hoyito TN-MD 200kN con ordenador para la adquirió de datos computarizada Durómetro universal Hoytom 1003 A Péndulo para ensayos de impacto Hoytom Charpy 300 J/A Juego de pies de rey, micrómetros, comparadores tanto analógicos como digitales. Juego de galgas Mármol POLI P800 DIN I en granito Horno de alta temperatura para tratamientos térmicos Equipo de ensayos Jominy Pulidora semi-automática Microscopio óptico de reflexión Olympus con cámara y monitor adjunto Ordenadores con programas de cálculo con elementos finitos y de cálculo de estructuras
Proyectos destacados En el marco del laboratorio de Resistencia de Materiales existen dos proyectos en curso.
1. Crear un equipo de flexión en piezas de grandes dimensiones. Después de haber superado la fase de diseño ahora está en fase de desarrollo. 2. Montar puestos de trabajo versátiles para el análisis de flexión y pandeo de piezas y pórticos.
Conversión de estructuras de producto iPPE en las listas de materiales para material Objetivo En la fase inicial de desarrollo de producto (ingeniería inicial), modela estructuras de producto multivalentes complejas. En esta primera fase del ciclo de vida de un producto, se genera un amplio rango de datos. Si quiere utilizar estos datos de producto en una etapa avanzada de desarrollo, para procesos operativos (como la preparación de trabajo), los convierte en datos de lista de materiales. En este proceso, extrae datos seleccionados del modelo iPPE complejo y los convierte en una lista de materiales para material (componente LO-MD-BOM).
En la preparación de trabajo, por ejemplo, es necesaria la información sobre la estructura de producto con los materiales y las cantidades. Los conceptos originales de la fase inicial del proceso de diseño son irrelevantes y por lo tanto se ignoran en el proceso de conversión. Puede integrar las listas de materiales para material que se crean como consecuencia del proceso de conversión en más procesos logísticos, por ejemplo añadir a datos de producto o planificar procesos de fabricación.
Notas de implementación Ejecuta la conversión después de que se hayan mantenido las estructuras de producto en la Workbench iPPE, cuando se deben procesar los datos de producto para más procesos de fabricación en la Engineering Workbench.
Características · Extracción de los datos iPPE a convertir En este primer paso, se descompone la estructura de producto iPPE compleja multivalente y se evalúa según criterios definidos. Sólo los datos determinados en este paso se leen en el proceso de conversión posterior. · Proceso de conversión En este segundo paso, se convierten en objetos lista de materiales los datos iPPE que se han extraído de la estructura de producto iPPE para la conversión.