Ingeniería Mecánica

CAD en acción:

Conexión de una bomba de calor, máquina térmica utilizada en la ingeniería mecánica.

La ingeniería mecánica es un campo muy amplio que implica el uso de los principios de la física para el análisis, diseño, fabricación de sistemas electromecánicos. Tradicionalmente, ha sido la rama de la ingeniería que mediante la aplicación de los principios físicos, ha permitido la creación de dispositivos útiles, como utensilios y máquinas. Los ingenieros mecánicos usan principios como el calor, las fuerzas , la conservación de la masa y de la energía para analizar sistemas físicos estáticos y dinámicos, contribuyendo a diseñar objetos.

La ingeniería mecánica es la rama que estudia y desarrolla las máquinas, equipos e instalaciones, considerando siempre los aspectos ecológicos y económicos para el beneficio de la sociedad. Para cumplir con su labor, la ingeniería mecánica analiza las necesidades, formula y soluciona problemas técnicos mediante un trabajo multidisciplinario y se apoya en los desarrollos científicos, traduciéndolos en elementos, máquinas, equipos e instalaciones que presten un servicio adecuado, mediante el uso racional y eficiente de los recursos disponibles.

Desarrollo de la ingeniería mecánica.

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.

Primera máquina de vapor, creada con principios de termodinámica. (1765)

Herramientas computacionales.

Debido a la complejidad creciente de los análisis que se realizan en todas las ramas de la Ingeniería Mecánica, el cálculo asistido por ordenador, iniciado por Pierre Bézier en 1968, ha ido adquiriendo siempre mayor protagonismo. Se ha producido una evolución en la representación de los sistemas físicos, pasando de esquematizar partes del sistema en modo aproximado a reproducir todo el conjunto en modo detallado. Este proceso ha sido posible en gran parte debido a la constante mejora de las prestaciones de los equipos informáticos, y a la mejora de los programas de cálculo.

En el proceso de análisis y diseño se utilizan herramientas de cálculo como el análisis de métodos finitos o volúmenes finitos así como también la dinámica de fluidos computacional (CFD). El diseño de procesos de fabricación con ayuda de computadores (LEVA), permite que los modelos generados se puedan utilizar directamente para crear "instrucciones" para la fabricación de los objetos representados por los modelos, mediante máquinas de control numérico (CNC) u otros procesos automatizados, sin la necesidad de dibujos intermedios.

La ingeniería mecánica ayuda en una mejor comodidad de los contribuyentes. Los siguientes son los paquetes de software de análisis y diseño más extendidos:

1. Solid Edge:

Es un programa parametrizado de diseño asistido por computadora (CAD) de piezas tridimensionales 3D. Permite el modelado de piezas de distintos materiales, doblado de chapas, ensamblaje de conjuntos, soldadura, funciones de dibujo en plano para ingenieros, diseñadores y proyectistas.

Es un programa propiedad y desarrollado por SIEMENS, aunque SIEMENS no realiza la venta directa sino a través de un distribuidor autorizado que se encarga del asesoramiento, implantación y formación.

Máquina electromecánica simulada en Solid Edge

2. AutoCAD:

Es un software de diseño asistido por computadora utilizado para dibujo 2D y modelado 3D . Actualmente es desarrollado y comercializado por la empresa Autodesk. El nombre AutoCAD surge como creación de la compañía Autodesk, donde Auto hace referencia a la empresa y CAD a diseño asistido por computadora teniendo su primera aparición en 1982. Además de acceder a comandos desde la solicitud de comando y las interfaces de menús, AutoCAD proporciona interfaces de programación de aplicaciones (API) que se pueden utilizar para determinar los dibujos y las bases de datos.

Plano de una casa hecho en AutoCAD.

3. Autodesk Inventor:

Es modelado de sólidos de sólidos en 3D producido por la empresa de software Autodesk.

Los usuarios comienzan diseñando piezas que se pueden combinar en ensamblajes. Corrigiendo piezas y ensamblajes pueden obtenerse diversas variantes. Como modelador paramétrico, no debe ser confundido con los programas tradicionales de CAD. Inventor se utiliza en diseño de ingeniería para producir y perfeccionar productos nuevos, mientras que en programas como AutoCAD se conducen solo las dimensiones.

                                          Dibujo simulado de una excavadora en Autodesk Inventor.

4.MATLAB:

Es un sistema de cómputo numérico que ofrece un entorno desarrollado integrado con un lenguaje de programación propio. Está disponible para las plataformas Unix, Windows , MacOS y Linux.

Entre sus prestaciones básicas se hallan la manipulación de matrices, la representación de datos y funciones, la implementación de algoritmos, la creación de interfaces de usuario y la comunicación con programas en otros lenguajes y con otros dispositivos hardware El paquete MATLAB dispone de dos herramientas adicionales que expanden sus prestaciones. Es un software muy usado en universidades y centros de investigación y desarrollo. En los últimos años ha aumentado el número de prestaciones, como la de programar directamente procesadores digitales de señal o crear código VHDL.

Programación y Scripts en MATLAB.

5.SolidWorks:

Es un software CAD para modelado mecánico en 2D y 3D, desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp., para el sistema operativo de Windows. Su primera versión fue lanzada al mercado en 1995 con el propósito de hacer la tecnología CAD más accesible. El programa permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ellos tanto planos técnicos como otro tipo de información necesaria para la producción. Es un programa que funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas CAD. El proceso consiste en traspasar la idea mental del diseñador al sistema CAD , "construyendo virtualmente" la pieza o conjunto. Posteriormente todas las extracciones (planos y ficheros de intercambio) se realizan de manera bastante automatizada.

Dibujo simulado en SolidWorks.

6.MAPLE:

Es un programa orientado a la resolución de problemas matemáticos, capaz de realizar cálculos simbólicos, algebraicos y de álgebra computacional.

Maple se basa en un pequeño núcleo escrito en C, que proporciona el lenguaje Maple. Maple es un lenguaje de programación interpretado. Las expresiones simbólicas son almacenadas en memoria como grafos dirigidos sin ciclos. La mayoría de funcionalidades son proporcionadas por bibliotecas: unas escritas en lenguaje Maple, con acceso a su código fuente; pero también hace uso de otras bibliotecas bien conocidas como las NAG, ATLAS o GMP.

Dibujo realizado en MAPLE simulando una función en 3D.

7.CATIA:

Es un programa informático de diseño, fabricación e ingeniería asistida por computador. El programa está desarrollado para proporcionar apoyo desde la concepción del diseño hasta la producción y el análisis de productos.

Provee una arquitectura abierta para el desarrollo de aplicaciones o para personalizar el programa. Las interfaces de aplicaciones, CAA2 (o CAAV5), se pueden programar en Visual Basic y C++ .

Fue inicialmente desarrollado para servir en la industria aeronáutica. Se ha hecho un gran hincapié en el manejo de superficies complejas. CATIA también es ampliamente usado en la industria del automóvil para el diseño y desarrollo de componentes de carrocería.