revista innovación en ingeniería mecánica
DESCRIPTION
Revista en el campo de Ingeniería Mecánica Innovación de MaterialesTRANSCRIPT
2015-2016
INGENIERÍA MECÁNICA | SANTIAGO CHUQUITARCO
UNIVERSIDAD
TÉCNICA DE
AMBATO
INNOVACIÓN DE NUEVOS MATERIALES EN LA INGENIERÍA MECÁNCIA.
Ingeniería mecánica innovación
Con 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 liga 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 su
dureza, viscosidad o acuosidad 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 Fraunhofer-
Gesellschaft, 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 En
Ingeniería Mecánica Innovación
Dependiendo de la técnica utilizada, y el equipamiento que se necesita, podemos definir
diferentes métodos de soldadura que explicaremos a continuación:
Soldadura por gas
Se 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 de estado
sólido
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
El 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 la
innovación en la ingeniería mecánica.
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 sema-
automática 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.
