Refrigeración magnética

La tecnología actual busca un mejor aprovechamiento de la energía, junto a una drástica reducción de elementos contaminantes. La refrigeración es una de las tecnologías que actualmente demanda mucha energía, sin embargo en los 90 se redujo los efectos contaminantes de la misma, mediante el tratado de Montreal para aplicaciones comerciales. Los sistemas tradicionales de enfriamiento se basaban en la compresión - expansión de un gas con el correspondiente flujo de calor, ó basados en un par termoeléctrico.

Todavía en investigación se encuentran las aplicaciones basadas en el efecto magnetocalórico, este efecto se produce cuando un campo magnético potente actúa sobre un metal causándole un incremento de temperatura. Un material paramagnético tiene un elevado desorden de espines, si lo imantamos tienden a colocarse y ceder calor al ambiente. Cuando se suprime la imantación, el material tiende a su estado original absorbiendo calor. Este proceso realizado cíclicamente, realiza la tarea de una maquina frigorífica.

Refrigeración magnética

La dificultad es encontrar materiales paramagnéticos que trabajen entre el foco frío deseado, y la temperatura ambiente. También es necesario un sistema magnético suficientemente intenso. Actualmente se utiliza esta tecnología para licuación de gases en experimentación, pero la tendencia es intentar implantarla a nivel comercial.

Licuación de oxigeno

Las bondades de un protoboard

Cuando se necesita experimentar con un circuito electrónico se tienen dos opciones, simularlo en un programa de electrónica (PSpice, Proteus, etc), ó ensamblarlo en una protoboard también conocida como breadboard. Este último método nos permite un ensayo mas detallado, pero no todos los circuitos se pueden ensayar. La protoboard es de uso temporal y reutilizable, además de ser un instrumento muy económico.

Aspecto de protoboard

Una protoboard está formada por una cantidad de pines donde se insertan los componentes electrónicos, entrando estos en contacto con láminas metálicas que conducen la electricidad. Las láminas son lineales y conectan varios pines, normalmente 5 de elementos, y muchos más para las líneas de alimentación y GND. Los elementos se colocan entre pines que no sean comunes, y si es necesario se realizan puentes entre pines. Por la forma de la placa, es muy resistiva y los pines tienen cierta capacitancia (De 2 a 30pF). El resultado es no poder experimentar circuitos de elevada frecuencia (Superior a 20 MHz), debido a que se desarrollan corrientes parasitas.

La ventaja que aporta la protoboard es lo económico que resulta aprender ó practicar los conceptos de electrónica, en el caso de querer conservar un circuito en forma de prototipo se utiliza una perfboard ó stripboard. La primera placa permanente es un conjunto de orificios con acabado metálico, mientras que las segundas son líneas conductoras. En estas placas se tienen que soldar con estaño los componentes electrónicos.

Aspecto de perfboard

MatWeb, biblioteca de materiales para ingeniería

Una de las fases mas importantes en el diseño técnico, es seleccionar el material mas adecuado para la aplicación. Cuando buscamos un material apropiado, generalmente no disponemos de todas las características del material, y tampoco disponemos rápidamente de una gran variedad para comparar. Esto conlleva utilizar los materiales cotidianos que conocemos en profundidad, y en muchos casos no se adaptan completamente a las exigencias de la aplicación. Esto suele ser muy habitual en aplicaciones realizadas con polímeros, en gran parte se debe por la amplia variedad que abruma al diseñador, por lo que utiliza los mas conocidos.

Cadenas de polímero

Para realizar bien la selección de un material, es imprescindible disponer de información. Además esta información tiene que ser concreta, y centrada en el campo de la ingeniería. Estos datos los podemos obtener de una web Estadounidense, http://www.matweb.com/index.aspx

En esta web podemos encontrar por categorías cualquier material usado en la técnica, las diferentes propiedades están en el sistema métrico y en el imperial. Disponen de fichas que nos indica según el material, los fabricantes que lo producen (En EE UU), y si nos registramos podemos descargar las fichas en PDF y XLS. También podemos descargar las propiedades de los materiales para las bibliotecas de software CAD/CAE. Otra de los servicios de esta web, es ponernos en contacto para que etiqueten nuevos materiales.

Captura pagina web, MatWeb

C-espacio, el espacio en robótica

Cuando se construyeron los primeros manipuladores robóticos, el desplazamiento se realizaba de forma directa, se introducían a mano los ángulos ó distancias de los actuadores y se programaba un bucle de trabajo. Con el avance de la electrónica y de los sistemas de comunicación, se puso en práctica el método inverso, este consiste en indicar una coordenada y una orientación de la pinza y el procesador calcula como se deben disponer las articulaciones. El método inverso lleva asociado una dificultad de carácter matemático y computacional, esta se debe al C-espacio.

El C-espacio es la región donde puede posicionarse un robot ó manipulador, teniendo en cuenta los obstáculos y la capacidad de sus articulaciones. Un ejemplo muy sencillo es un servomotor, este puede girar de 0º a 180º y tiene un solo grado de libertad. se intuye que su C-espacio es un arco de circunferencia (Sin obstáculos). Si calculamos el problema inverso se obtiene la solución con gran facilidad.

Manipulador simbólico

Pero veamos ahora un robot industrial de 6 grados de libertad (6 grados de libertad es el mínimo para conseguir cualquier orientación espacial), en este caso el C-espacio será difícil de intuir y resolver el problema inverso será muy complejo. Esto es porque una posición tiene una elevada cantidad de orientaciones, y para adquirir una sola, se debe cumplir que el punto este en el C-espacio, en el manipulador no se intercepten los eslabones, y si la posición es de frontera existan orientaciones mínimas.

C-espacio del manipulador anterior

Tradicionalmente los C-espacios, se obtenían mediante la interpolación de una nube de puntos del espacio, hoy en día se está desarrollando el método de convoluciones y espacios complejos mayores de R3 para almacenar la información que existe de la posición.

Efecto Coanda, comportamiento de fluidos

En muchos estudios se compara las partículas solidas, con las partículas de fluido. Un caso es en el estudio cinético de una salida libre de agua. ¿Pero realmente son equiparables? la respuesta es según la experiencia, si se trata de una gran tubería de desagüe con una cierta velocidad sí. En el caso de pequeños orificios con velocidad de salida muy pequeña no. Cuando calculamos la distancia que alcanza un chorro, se utiliza la forma de tiro horizontal como una partícula solida, con una cierta corrección por la vena contracta que se forma.

Pero en el caso extremo de poca velocidad y un orificio reducido predomina el efecto Coanda, este efecto indica que un conjunto de partículas solidas que impacta contra una geometría curva (Un cilindro), por el principio de acción - reacción se desplazaran en direcciones opuestas (cilindro-partícula solida). Para el caso de partículas de fluido y geometría curva, las partículas se adhieren a la geometría en capas y deslizan si la geometría no es acentuada, esto se debe a la viscosidad del fluido. Cuando la geometría se acentúa la capa limite se despega, y el efecto se desarrolla parcialmente.

Efecto Coanda

Este efecto es utilizado para canalizar flujos de manera que facilitan la refrigeración o se estudia en recipientes para separar la capa límite y desprender el fluido (Pinturas, barnices).

Efecto Coanda, superficie curva

Encuesta: ¿Cual considera la tecnología mas útil?

Los resultados de la encuesta ante la pregunta, "¿Cual considera la tecnología mas útil?" son:

Tecnología energética (6 votos, 85%)
Tecnología computacional (1 votos, 14%)
Tecnología de fabricación (0 votos, 0%)
Otras (0 votos, 0%)
Total encuestados (7 personas, duración 7 días)

Sin duda alguna la energía mueve la tecnología actual. Si esta tecnología se desarrolla implícitamente avanzan la computación, la fabricación, y otros conocimientos técnicos. pero la duda queda en si realmente la linea de trabajo en el sector energético es la apropiada, o es desviada por los intereses económicos, lo que nos lleva a pensar si el resto de técnicos investigadas son eficientes en el sentido de facilitar la tarea del hombre.

Optoacoplador: Interruptor óptico

De la gran cantidad de elementos electrónicos, el optoacoplador ó aislador acoplado sirve para proteger diferentes etapas de un circuito. Muchos dispositivos electrónicos y elementos son sensibles a subidas de tensión ó sobre intensidades, por lo que deben aislarse ante estos fenómenos. La reparación de estas partes seria mas costoso que la sustitución del optoacoplador. Un aislador acoplado esta formado por un diodo LED y un fototransistor (Tambien pueden ser fotodiodos ó fototriacs), este conjunto se encuentra alojado normalmente en un encapsulado DIP.

El principio de funcionamiento es el siguiente, la parte sensible del circuito queda conectada al emisor y colector (La base es la parte óptica), mientras que el diodo LED se coloca en la señal de riesgo. Cuando el diodo LED queda expuesto a un riesgo, si este se estropea, no drena energía al fototransistor. Si fuera un transistor NPN la corriente drenaría por el emisor y la parte sensible se vería afectada.
Optoacoplador DIP

CNY70, sensor optoacoplado

Ahora bien, los optoacopladores no se limitan a proteger circuitos. Actualmente se utilizan también de sensores de corte, como es el caso de las puertas para reconocer en que estado se encuentran. Un uso muy particular de los optoacopladores es en los robots siguelineas, ya que le permite al bucle de control del robot saber cuando esta en la linea.

Organismos públicos de investigación

El gobierno de España cuenta con varias instituciones públicas en el ámbito nacional, que junto a las universidades, conforma el núcleo de investigación y desarrollo en el país (Las entidades privadas aun desarrollando actividades de investigación no entran en el plan estatal, al menos que estén adscritas). La financiación de estos centros depende de los fondos públicos, además de convocatorias públicas competitivas, y contratos de entornos privados. Los objetivos de todos estos centros son desarrollar las pautas competentes en el plan nacional, es decir, seguir una línea de trabajo. Entre los organismos públicos de investigación (OPIs), tenemos los siguientes:

Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

Instituto Geológico y Minero de España (IGME).

Instituto Español de Oceanografía (IEO).

Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA).

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

Instituto de Salud Carlos III (ISCIII).

Adscritos a otros departamentos ministeriales (Ej. Ministerio de defensa, Ministerio de fomento, etc).

Agencia Estatal de Meteorología (AEMET).

Canal de Experiencias Hidrodinámicas de El Pardo (CEHIPAR).

Centro de Investigaciones Sociológicas (CIS).

Centro de Estudios Políticos y Constitucionales (CEPC).

Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX).

Centros de I+D dependientes de la Dirección General de Armamento y Material del Ministerio de Defensa (DGAM).

Instituto de Estudios Fiscales (IEF).

Instituto Geográfico Nacional (IGN).

Instituto Nacional de Investigación y Formación sobre Drogas (INIFD).

Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA).

Instituto Nacional de Toxicología y Ciencias Forenses (INTCF).

En relación a la encuesta sobre el plan de energías renovables, este plan esta a disposición de cualquier ciudadano en el CIEMAT, pudiendo ver otros planes de I+D+I. Es importante conocer estos organismos ya que los recursos que ofrecen (Subvenciones, Reconocimientos, etc) son útiles para los proyectos de ingeniería, y para la especialización profesional.

Web del Ministerio de ciencia e innovación.
http://web.micinn.es/contenido.asp

Código QR, administrando la información

La sociedad actual esta repleta de mecanismos que nos permiten distribuir los bienes de consumo, para esta tarea es fundamental un flujo de información coherente, por lo que la información tiene que ser accesible, y dinámica junto a las mercancías. Para poder realizar una elevada cantidad de transportes es necesario clasificar rápidamente las mercancías, para ello se diseñaron los códigos de barras. Este tipo de código es unidimensional, es capaz de almacenar un carácter ASCII en 11 barras y se puede escanear rápidamente. El inconveniente es el tamaño que puede adquirir según aumenta la información guardada.

Código de barras

Para alojar mas información se desarrollaron los códigos bidimensionales, estos están basados en una matriz de puntos. Entre los códigos bidimensionales esta el QR(Quick Response), dentro de esta variedad es el que mayor expansión esta experimentando. Fue creado en Japón por la empresa Denso-Wave en 1994, esta basado en 3 regiones principales de mayor tamaño que indican la orientación al escáner, luego una serie de puntos contienen la información (hasta 4296 caracteres alfanuméricos), la sincronización, y la corrección de errores. Una de las bazas que impulsa el código QR, es su código que es abierto.

Código QR con información...

Pero la gran ventaja de este código es, la facilidad y rapidez de escaneo. Un dispositivo con cámara VGA y que interprete el código es capaz de leer la información que contiene. Esta tecnología se ha implementado en los celulares para acceder a servicios en internet. Finalmente la generación de un código QR, se puede realizar con mucha facilidad desde algunas páginas web.
Una de estas páginas generadoras es: http://qrcode.kaywa.com/

Análisis cinemático de junta universal

La junta universal ó junta cardan es un mecanismo que permite transmitir el giro entre ejes no alineados, por lo que resulta útil para transmitir potencia en vehículos con sistema de amortiguación, ó maquinas expuestas a grandes vibraciones que someterían a fatiga ejes rígidos. La junta universal se compone por una articulación esférica de cuatro elementos, en la que tres elementos sus ejes se intersecan a 90º entre sí, siendo el cuarto elemento el soporte de ambas horquillas. Existe otro acoplamiento móvil que es de carácter teórico, ya que en la práctica tiene elevadas pérdidas por fricción, esta es la junta oldman que únicamente permite la transmisión entre ejes paralelos.

Junta oldman

Entre los ejes de acoplamiento de una junta universal, existe un ángulo en la transmisión. El estudio de este ángulo es de vital importancia, debido a que su magnitud altera la velocidad angular. En el caso particular de que este ángulo valga cero, estaríamos ante un eje convencional, la velocidad es igual en ambos extremos. Cuando el ángulo adquiere una magnitud, la velocidad angular de salida fluctúa periódicamente, y esto conlleva a una transmisión variable del par.

En la simulación podemos apreciar la velocidad angular de entrada constante y la fluctuación en la velocidad angular como en la aceleración angular de salida. Esta simulación se ha realizado con un ángulo entre ejes de 20º, el máximo ángulo son 45º aunque se evita llegar a esta magnitud por el bajo rendimiento de la junta.

Encuesta: ¿Consideras bueno el plan de energías renovables en españa?

Los resultados de la encuesta ante la pregunta, "¿Consideras bueno el plan de energías renovables en España?" son:

No es un plan apropiado (0 votos, 0%)
Si, aunque no en todos los puntos (3 votos, 75%)
Si, el plan es apropiado (1 votos, 25%)
No conozco dicho plan (0 votos, 0%)
Total encuestados (4 personas, duración 7 días)

Como podemos ver en la encuesta las lineas de trabajo en energías están guiadas por los intereses de las empresas suministradoras, sin embargo las pautas en investigación son buenas. Gran parte de la población no conoce el plan del gobierno, por lo que no priman los intereses de los consumidores.

Tecnología de los adhesivos

Un producto que utilizamos todos los días directa ó indirectamente son los pegamentos, las posibilidades actualmente de estos compuestos son incontables. En los tejidos se emplea hasta un 20% de pegamentos frente a otras uniones, En la alimentación se utiliza el primer pegamento alimentario, la transglutaminasa, y poniendo otro ejemplo hay pegamentos que endurecen mediante rayos UV. El origen del pegamento se debió a la necesidad de reparación, eran de origen natural como caucho o resinas, la evolución de los adhesivos fue paralela a la evolución de los polimeros ya que ambas técnicas son similares.

Pegamento de contacto

Cuando se desarrolla un pegamento los parámetros que se caracterizan son el tiempo de fraguado, la resistencia a tracción, la elasticidad, el color, y la toxicidad. Según el tipo de fraguado se pueden unir en diferentes entornos, pero no todos los materiales se comportan bien a las uniones pegadas, generalmente las superficies con poca rugosidad tienen poca adherencia. La unión entre materiales se produce por la penetración del pegamento en las rugosidades.

La mayoría de pegamentos se han obtenido, buscando resolver una unión particular como los epoxi para la unión de fibras, resultando muy útiles en diversas aplicaciones de aislante. Uno de los pegamentos mas utilizado se desarrollo en el campo de la medicina, el objetivo era evitar la sutura tradicional sobretodo en las operaciones estéticas para evitar marcas, la solución fue el cianocrilato. El problema es que produce infecciones por lo que en medicina cayó en desuso, sin embargo la industria electrónica y los hogares, lo emplean habitualmente. Este adhesivo comercialmente se conoce como super-glue.

Elmer: Entorno multifísica GNU

El software Elmer sirve para realizar tareas de calculo en ingeniería donde otros programas son completamente ineficaces. Este tipo de calculo seria en sistemas donde se relacionan varias ramas, por ejemplo electricidad con deformaciones elásticas en materiales, ó fluidos y magnetismo. Normalmente los programas que realizan cálculos físicos en ingeniería están centrados en un tema, y los estudios cruzados no se pueden resolver.

Elmer es un programa en la linea de Ansys, Abaqus, y Femap, son entornos que nos permiten resolver relaciones cruzadas y por ello son dificiles de emplear. La dificultad reside en definir perfectamente el modelo, ya que todo aquello que no se conozca llevara implícito un error. Cuando se cometen estos errores se pierde tiempo en definir de nuevo el modelo y el posterior calculo del mismo.

El desarrollo de los elementos finitos para Linux ha generado varios programas como Code Aster, Code Saturne, y Elmer, todos ellos de libre distribución. El éxito de estas aplicaciones en la plataforma Linux produjo una migración a otros entornos. La interfaz de Elmer es muy sencilla, y esta formada por aplicaciones de preproducción, resolución, y post edición. Sin embargo el código de Elmer es complejo y se hace necesario en modelos con muchas relaciones. Los archivos con los que trabaja pueden ser mallas o geometría, usando los estándares ó los propios de Ansys y Abaqus.


Estudios de sedimentación y crecimiento de silicio

Este programa fue desarrollado por el gobierno de Finlandia y sus universidades en 1995, con ello se pretendía dotar a las instituciones de un software adecuado para ingeniería. Posteriormente la empresa csc se encargo de seguir desarrollando el programa y su difusión.

Para descargar Elmer, la pagina oficial es la siguiente:
http://www.csc.fi/english/pages/elmer

Rotor Flettner: Propulsión de barcos

La navegación marítima ha tenido diferentes formas de impulsión, energía eólica, energía térmica, energía nuclear, y energía solar. La evolución entre estas energías, se debió a la necesidad de mayor impulso para barcos de gran calado, siendo la energía térmica la mas apta. En el caso de la energía eólica se abandono su uso debido a la gran superficie necesaria de velamen, ya que esta técnica aporta poca energía. Otros inconvenientes asociados a las velas son, el reducido ángulo útil de impulso, y la incapacidad de autoregulación.

Estamos habituados a ver deportes de pelota donde la trayectoria que se supone lineal se presenta curvada (Se dice con efecto). Esta situación se conoce como efecto Magnus, es un efecto aerodinámico que se produce en cuerpos en rotación (Cilindros y esferas son los mas señalados). Una corriente de fluido enfrentada al cuerpo en rotación, rota las lineas de flujo y produce un incremento de presión donde el giro y el flujo tienen el mismo sentido, sin embargo donde los sentidos son contrarios se produce una depresión que origina un desplazamiento en dirección normal al flujo y con sentido de mayor a menor presión.

Efecto Magnus

Una de las aplicaciones mas desconocida del efecto Magnus es el rotor Flettner, este dispositivo es un cilindro de gran tamaño colocado en una embarcación, cuando el viento alcanza el cilindro desde un lateral de la embarcación este debido a la presión gira. Con el giro del cilindro, y la presencia lateral del flujo, la embarcación es impulsada. Esta forma de emplear la energía eólica en navegación es la mas eficiente, 1 m2 de rotor Flettner suministra la misma energía que 10 m2 de vela, y se comporta eficientemente hasta 30º de ángulo útil frente a los 45º de las velas. Los inconvenientes del rotor Flettner son el coste de esta tecnología, y la peligrosidad del sistema en temporales(Muy inestable debido a la autoregulación). El sistema es realmente ecológico, y actualmente se estudia relanzar esta tecnología.

Navío con rotores Flettner

Simbolos normalizados de reciclaje

El reciclaje es la acción de utilizar un material convertido en desecho, que mediante tratamiento se integra en un producto nuevo. Sin embargo el desecho reutilizado es aquel que desempeña una nueva función sin tratamiento previo. Los materiales mas aptos para el reciclado son, papel, metal, plástico, vidrio, textil, aceite, baterías, materia orgánica, y medicamentos entre muchos otros. En el proceso de reciclado es fundamental que la sociedad separe apropiadamente los desechos, ya que se reduce el coste de los nuevos productos, aportando viabilidad al sistema.

Símbolo punto verde

Se busca que el reciclado sea un derecho de la humanidad, el aporte de las personas no solo mejora la gestión de las materias primas, además protege el medio ambiente de emisiones de CO2 y reduce el gasto energético de producción. El origen del reciclado son las basuras, este sistema apareció ante la necesidad de eliminar las grandes cantidades de desperdicios.

Símbolo cinta de Möbius

Cuando vemos un producto que puede ser reciclado, se nos indica con el símbolo del circulo de Möbius, y cuando un producto respeta la ley de tratamiento de residuos el símbolo es el punto verde. Ahora bien esta simbología es mucho mas completa, según el gráfico que aparezca con el circulo de Möbius se puede conocer si el material del producto es reciclado o se puede reciclar, el porcentaje de material reciclado, tipos de materiales para reciclado, y separación del resto de desechos. Serie de símbolos de plásticos

Trépano, broca de sondeo

Las brocas son herramientas que permiten realizar orificios en diferentes materiales, según la geometría y el material de la herramienta, tendrá un cierto avance en función del numero de revoluciones. Las brocas son herramientas que en su mayoría cuando se desgastan se desechan, otras se afilan sucesivas veces hasta que termina su ciclo de vida. El desgaste de una broca se produce por varios factores, el mas importante el aumento de temperatura debido a la fricción, este efecto reduce la tensión admisible que en geometrías agudas (Filos), se manifiesta con la perdida de material en la herramienta. Otro factor clave son elementos de mayor dureza alojados en el material mecanizado, estos al entrar en contacto con la herramienta producen deformaciones, reduciendo progresivamente el rendimiento.

Cabeza de broca

Cuando se realiza un orificio en roca el desgaste es muy elevado, y no resulta útil la geometría de filo helicoidal, esta geometría es sustituida por el trépano. La conflagración de esta herramienta consta de varios conos de corte con diamante rotativos (Normalmente tres), colocados oblicuamente y acoplados a la cabeza inyectora. Para eliminar los restos de roca, se utiliza un fluido que además erosiona la roca y refrigera los conos de corte. El giro de la sarta de perforación hace que los conos de corte tengan un giro relativo, este movimiento fracciona la roca y se muele en el centro de los conos de corte.

Trepano de tres conos

El trepano tiene las piezas sustituibles, tanto los conos de corte, como los inyectores de fluido. Esta herramienta se utiliza en los pozos petrolíferos, en la construcción de centrales geotérmicas, y para prospecciones oceánicas.

Mecanismo de levas tridimensionales

Entre los mecanismos de regulación, las levas han desempeñado un papel muy importante para la distribución de movimientos. General mente una leva es un mecanismo que auxilia a un mecanismo principal, un claro ejemplo es el motor alternativo, el árbol de levas se encarga de coordinar el movimiento de las válvulas de emisión y escape. En las levas el trazado del perfil es fundamental ya que el perfil origina la función de regulación, pero se debe estudiar la interacción leva y seguidor, debido a que el perfil puede producir choques (Estudio del jerk).

Leva tridimensional

En las levas tridimensionales se consigue colocar dos funciones, una en cada dimensión de un plano. La mecánica de este tipo de levas se basan en dos grados de libertad a diferencia de las levas convencionales que solo poseen uno. Las levas tridimensionales están construidas por conoides o planos curvados, de manera que los pares son combinación de rotacionales y translacionales.

Gráfica del perfil de una leva tridimensional

Las levas tridimensionales actualmente no se utilizan por su complejidad, ya que la sensorizaciónelectrónica las han desbancado. Las levas tridimensionales se utilizaban en instrumentos de medida, para el trazado de curvas. En el caso de las levas convencionales también se sustituyen por la sensorización, pero su simplicidad mantiene su uso en ciertas aplicaciones.

Diodo LED, una forma diferente de iluminar

Dentro de los semiconductores, y particularizando en los diodos, existen multitud de tipos como rectificadores, capacidad variable(Varicap), Zener, fotodiodos, etc. Pero solo hay un tipo que emita luz. El diodo LED del ingles (Light Emitting Diode), es un dispositivo electrónico formado por un semiconductor, que cuando se polariza directamente su unión PN produce luminiscencia (Luz adquirida a baja temperatura). Es por este efecto, que los LEDs apenas disipan calor por lo que su rendimiento es alto. El color de la luz emitida por un LED dependerá del material semiconductor empleado en la fabricación, ya que cada semiconductor emite a diferente longitud de onda. Otra gran ventaja del diodo emisor de luz, es su vida media que es muy elevada.

Diagrama de emisión de luz

Esta tecnología no solo utiliza un semiconductor, actualmente se fabrican leds con varios semiconductores, buscando la emisión RGB. El control sobre estos LEDs se realiza mediante PWM (Modulacion por ancho de pulso), su utilizacion esta destinada a las pantallas publicitarias que con este método ganan nitidez frente a los puntos de matriz de tres Leds. En el caso de las pantallas de móvil ó televisión con esta tecnología, los LEDs que las componen son diferentes ya que son de tipo orgánico (Esta tecnología permite la miniaturización).

Las investigaciones en el campo de los LEDs, son las que mas desarrollo están teniendo frente a otras tecnologías. Los objetivos son poder emitir mas cantidad de luz y reducir los costes de la fabricación de semiconductores de mayor tamaño. La tendencia de los diodos emisores de luz es retirar del mercado las bombillas de filamento, las cuales degradan mucha energía por perdidas de calor, resultando el diodo mucho mas ecológico.


Diodos LEDs

Encuesta: ¿Utilizas programas CAD/CAM/CAE?

Los resultados de la encuesta ante la pregunta, "¿Utilizas programas CAD/CAM/CAE?" son:

No los utilizo (0 votos, 0%)
Si pero solo CAD (2 votos, 33%)
Si, CAD con CAM ó CAE (0 votos, 0%)
Si, utilizo todos (4 votos, 66%)
Total encuestados (6 personas, duración 7 días)

De los datos desprendidos de la encuesta, se puede ver un uso extendido de software CAD en el campo de la ingeniería, sin embargo el que conoce CAD con el tiempo termina pasando al software CAM y CAE.

Gracias por colaborar en la encuesta.

Materiales: Hormigón ecológico

La industria cementera es de las mas contaminantes del planeta, debido a que en el proceso de fabricación se produce gran cantidad de CO2, los residuos del proceso se degradan lentamente, el producto como los residuos son cancerigenos, y además se consume mucha energía. Esto se conocía hace 10 años, lo que motivo la aparición de un cemento mas tolerante con el medio ambiente, ya que se sustituía los finos de caliza por escoria de acero de los altos hornos. El resultado fue menor emisión de CO2 en el proceso, pero los costes se incrementaban por lo que no tuvo gran difusión.

Actualmente en el instituto tecnológico de georgia (EE UU), se ha desarrollado un hormigón que supera las expectativas de su predecesor. Este nuevo hormigón ecológico se compone de cenizas de residuos industriales junto con productos químicos orgánicos. Su producción se realiza con menos energía que en el proceso convencional, por lo que ya es reconocido como material ecológico. Mecánicamente las propiedades son igualables al hormigón convencional pero con una ventaja, el hormigón convencional tiene una densidad en torno a 2300 kg/m^3, este nuevo hormigón esta entorno a los 1000 kg/m^3. Esta diferencia integrara a este material en nuevos campos de la ingeniería.

Cabe decir que todavía no esta disponible en el mercado, debido a que esta en fase de pruebas pero se muestra como sucesor del hormigón convencional, si logra competir en precio con su homologo. En las cementeras por su parte están haciendo investigaciones en el hormigón para conseguir procesos de carbono neutros en prevención del medio ambiente.

Industria cementera

Octave GNU y Maxima, software matematico

En incontables ocasiones es necesario hacer cálculos complicados en la ingeniería, cuando se llega a esta situación se piensa en Wolfram mathematica, Matlab, ó MathCad. Pero todos estos programas requieren de licencia comercial, y no siempre se puede disponer de ella. Sin embargo podemos realizar estos cálculos, con otros programas y con cierto grado de exportación con sus homólogos comerciales.

Los programas son Octave GNU y Maxima, ambos programas de libre distribución y muy utilizados en entorno Linux, siendo los dos compatibles para Windows y Mac OS. Octave GNU su principio son las listas y matrices como sucede con Matlab, su versión mas destacada es Octave Workshop que posee una interfaz muy cuidada, a diferencia de las versiones basadas en linea de comandos. En el caso de Maxima su principio es la resolución simbólica como sucede con Mathematica, dependiendo del sistema operativo la presentación de datos es mas o menos intuitiva, siendo un objetivo de los programadores mejorar la presentación en poco tiempo.

Captura de Octave WorkShop

Los comandos utilizados en ambos programas son muy parecidos a las versiones comerciales, siendo conocidos en el ambiente Linux como "Hermanos menores". Octave GNU es capaz de guardar archivos .m pudiéndolos abrir en matlab o Mathematica, el problema es que no posee ninguna extensión similar a simulink. En Maxima el guardado se hace en archivos binarios, lo que no resulta muy útil para ser exportado.

Logotipo de Maxima

Los enlaces para descargar estos programas de libre distribución son:
Octave GNU

Maxima

Jerk, derivada de la aceleración

En el estudio de la cinemática es fundamental conocer, la posición, la velocidad, y la aceleración, para diseñar moviles y mecanismos. Estas variables son derivadas sucesivas entre si, la posición es la función primitiva, la velocidad es la derivada primera, y la aceleración la derivada segunda. Conociendo estas variables se pueden resolver la mayor parte de los problemas cinéticos, pero existe una minoría de casos en los que estos datos son insuficientes.

Para analizar esta minoría se debe conocer la derivada de la aceleración, el jerk (Tirón en español). El jerk permite cuantificar los cambios en la aceleración, es decir lo rápido que esta varía. Los casos en el que su estudio es necesario son, para satélites orbitales ya que la aceleración puede ser critica para el sistema, las levas ya que cambios bruscos de aceleración las deterioran rápidamente, las atracciones ya que cambios bruscos de la aceleración son perjudiciales para la salud.

Centrifugadora 20-G, estudia el jerk en la salud

En la cinemática se pueden tomar datos en las n derivadas pero no es necesario y resulta muy complejo. La complejidad se debe a la razón de las derivadas que originan polinomios mas difícil de resolver, y es innecesario por que físicamente no tienen implicación.

Estado de la materia: El plasma

Cuando hablamos de los estados que puede adoptar la materia, se piensa inmediatamente en el estado solido, el estado liquido, y el estado gaseoso. Pero no se menciona la fase plasma, siendo este estado un perfecto desconocido. Además de estos cuatro estados, se intuyen otros que aun no están demostrados científicamente.

Tormenta eléctrica

El plasma es un gas formado por partículas cargadas eléctricamente (iones), que presenta entre sus partículas interacciones electromagnéticas. Dentro del plasma existen diferentes tipos que depende del estado de su carga, si tienen un numero similar de cargas positivas y negativas, se dice que el plasma es neutral, en el caso contrario se trataría de un plasma inestable.




En la naturaleza es facíl ver este estado de la materia, el fuego, los rayos, ó la aurora boreal son plasmas. Según su color se puede identificar su temperatura, gracias a la longitud de onda mediante la ley de Stefan-Boltzmann. En el caso de un rayo su temperatura esta entorno a los 28000ºC, tres veces mas que la temperatura del sol.

Diagrama de temperatura de estrellas

En el ambiente domestico ó en la industria también se utiliza el plasma, como en los fluorescentes ó la soldadura por arco. De los últimos avances en esta tecnología, son las investigaciones en motores de plasma como el VASMIR, desarrollado para los viajes espaciales.

Levitación magnética

Uno de los fenómenos mas atractivos de la naturaleza es ver "flotar" un cuerpo en el aire. Muchas veces hemos presenciado una bola impulsada por una corriente de aire causando ese efecto, pero no esta levitando, es el fenómeno de sustentación y es dinámico.

La levitación tiene carácter estático, y consiste en vencer la fuerza de la gravedad que actúa en un cuerpo. Dentro de la levitación, la magnética se presenta como la mas intensa, siendo representada por dos tipos la de superconductores y la de imanes. La primera se debe al efecto Meissner, por el cual un cuerpo con propiedades de superconductor se enfría por debajo de la temperatura critica y se hace diamagnético (Es repelido por los campos magnéticos). Este cuerpo en presencia de un imán es repelido de manera que vence la gravedad, pero es muy inestable ante fuerzas tangenciales.

Levitación en superconductores

En el caso de los imanes, también es presente la inestabilidad, pero junto a servomecanismos se realiza un bucle cerrado que controla un sistema de electroimanes. De esta forma se controla la intensidad del campo magnético, y con ello la levitación.



Un ejemplo practico de levitación magnética es el tren Maglev, una versión basada en este tren es el transrapid de Shanghái que llego a conseguir la velocidad punta de 431 km/h, a día de hoy la demanda energética de este sistema de transporte no es asumible.

tren maglev

Curvas parametricas en Visual Nastran 4D

En el estudio cinético de un mecanismo, una de las tareas mas laboriosas es obtener las curvas paramétricas de los enlaces del mismo. Antiguamente para trazarlas se tenían que tomar varias posiciones del dibujo del mecanismo, y luego en otro dibujo trasladar todos los puntos y unirlos entre ellos.

Con el software Visual Nastran 4D para simulación mecánica, tanto cinética como de esfuerzos diversos, podemos trazar facilmente las curvas de cualquier mecanismo. Ahora veamos como conseguir estos trazados, primero tomamos un ensamble realizado en Solid Edge o programa similar, Seguidamente insertamos en Visual Nastran las articulaciones del mecanismo, y por ultimo preparamos los instrumentos de medida.

En el vídeo podemos ver como se hace este ultimo paso, en el cual se toman las coordenadas de los puntos de estudio, y se crean las graficas en las que definimos los ejes para visualizar las curvas.

La utilización de las curvas paramétricas, esta destinada al diseño dimensional de mecanismos que tengan que cumplir ciertas condiciones, como son las trayectorias lineales.

Principio de Föttinger, transmisión hidraulica

La transmisión hidráulica al igual que la transmisión de engranajes, se utiliza para transmitir potencia entre ejes en rotación, en el caso hidráulico su uso es menos extendido por el coste del sistema. Entre las aplicaciones que incorporan esta transmisión tenemos ventiladores, cintas transportadoras, y bombas.

Ahora bien, se utiliza la transmisión hidráulica en estas aplicaciones debido al principio Föttinger. Este principio dice, un eje motor que transmita
potencia a un eje de salida mediante un fluido en un volumen de control. Siendo el eje motor una bomba y el eje de salida una turbina, en las que la distancia entre alabes sea mínima. La transmisión mantendrá un par constante, y las perdidas de velocidad equivalen a perdidas de potencia.

Con esto se consigue, arranque en el eje de salida progresivo si esta sometido a inercia, y control de la velocidad mediante la variación del flujo. Para las maquinas antes mencionadas, resulta útil porque evita choques en movimiento y con ello reduce la fatiga de los elementos. Las perdidas de potencia en estas aplicaciones son alrededor del 3% y son en forma de calor en el fluido, con lo que normalmente el sistema tiene que estar preparado para disiparlo.

Transmisión hidráulica

Materiales: Kevlar

Este material que responde al nombre comercial de kevlar, realmente se llama poliparafenileno tereftalamida. Es un material de características mecánicas extraordinarias, tiene un proceso de síntesis realmente complejo y costoso, debido a que la polimerización se realiza en varios pasos con un disolvente muy particular.

El kevlar se produce en la serie 29 y 49, la primera serie es el producto de la síntesis se utiliza en forma de bandas para cuerdas, elementos de protección (chalecos antibalas) , y equipación de deportes extremos. La segunda serie es mucho mas útil, ya que son fibras tratadas para ser embebidas en resinas, con la que los usos aumentan considerablemente. Algunos de esos usos son, cascos de motocicleta, piraguas, construcción de motores, cadenas de barcos; y en la industria aeronáutica piezas de fuselaje o de satélites.


Fibras de kevlar (500x)



Las capacidades mecánicas que tiene el kevlar se deben a la perfecta orientación de sus moléculas, basadas en aramidas con puentes de hidrógeno. La alta capacidad al corte, esfuerzos, corrosión penetración, junto con su elevada rigidez; hacen del kevlar un material apto para situaciones particulares como el sistema de aterrizaje del Mars Pathfinder.

Uno de los grandes inconvenientes de este material es la dificultad para mecanizarlo, ya que las herramientas adquieren muy altas temperaturas antes de producir arranque de material. En el mercado se pueden encontrar materiales muy similares al kevlar, pero de coste mas reducido como son algunos tipos de polietileno.

Microcontroladores antes que Arduino

Dentro del mundo de la electrónica, y en particular de la electrónica programada, ha surgido el fenómeno Arduino. Esta plataforma de hardware de fuente abierta, es un entorno de desarrollo electrónico de entradas y salidas, con una unidad de procesamiento basada en los
microcontroladores Atmega 168 ó el Atmega8. Su programación se puede realizar en diferentes lenguajes como wiring, subrutinas de C, incluso ensamblador.

Arduino Diecimila

Pero Arduino, esta basado en un microcontrolador en particular el Atmega. Mientras que la cantidad, y tipos de microcontroladores en el mercado es muy elevada, pudiendo elegir en cada caso el microcontrolador adecuado. Entre las marcas mas utilizadas tenemos Microchip (Pic), NEC, Freescale, Zilog, y los propios Atmega entre otros. Todos estos integrados alcanzan las capacidades de la plataforma Arduino, y utilizando el microcontrolador adecuado las sobrepasa.



Lo que hace tan atractivo Arduino es su facilidad para aprender a utilizarlo, y su sencillez al programarlo. Realmente interesa aprender con un microcontrolador directamente, ya que adaptarse a otro microcontrolador sera sencillo, pero también permite aprender a diseñar el circuito en torno al microcontrolador y no basarse solo en la plataforma.

Pic 16f877A

Por ultimo cabe señalar que los microcontroladores de microchip (conocidos como PICs), son sencillos de utilizar a diferencia de otros microcontroladores, y existe una gran bibliografia acerca de estos.

Archivos de autocad en ACIS

Aquellos que utilizan varios programas de CAD, ó incluso de post edición, saben la dificultad que supone migrar entre aplicaciones. El mayor problema suele presentarse con Autocad para migrar a formatos CAM/CAE, ya que carece de estos formatos para el guardado.

Pero que sucede con el formato ACIS, este tipo de fichero pertenece a spatial corporation y sigue el estandar industrial para edición y post edición.

En el caso de autocad, podemos crear archivos ACIS muy facilmente. Si abrimos Autocad (Para hacer esta entrada se uso 2009) y dibujamos un cuerpo 3D, introduciendo en la consola "AcisOut" ó Archivo -> Exportar..., seleccionando el dibujo y dando una ruta de guardado, tendremos el dibujo en formato ACIS.

Captura creando un archivo ACIS

Una vez creado un archivo ACIS cualquier programa como Solid Edge, SolidWorks, Catia, Ansys, etc... pueden abrirlo sin ningun problema, y convertirlo a sus formatos nativos.

Empezamos con... Ingeniería

Ingeniería: Conocimientos y técnicas que permiten aplicar la ciencia en la utilización de la materia y de las fuentes de energía.

También la entendemos como:

El instrumento que acerca el estudio teórico a la transformación en aplicación práctica.

Ingenio: Facultad del hombre para discurrir o inventar con prontitud y facilidad.

La ingeniería existe desde el dia de los tiempos. El hombre prehistórico necesitaba las herramientas de piedra para su vida cotidiana, y es precisamente la experiencia, lo que indica el diseño a seguir y no otro. En esta época no se conocía por que las cosas funcionaban así, de modo que se intuía el uso en vez de ingeniarlo. Con el paso de los siglos nació el interés en el funcionamiento, que junto a la ciencia, dio lugar a la maestría en construcción o de las herramientas. El problema era que cada diseño era único, y no se podía volver a construir. Es en el siglo XVIII cuando se acuña el término moderno de ingeniería, la necesidad de reposición de piezas estropeadas en artillería, tiende a una normalización de los cañones. Con ello aparece la ingeniería militar, origen de todas las especialidades actuales, y precursora de la industrialización.

La ingeniería y la ciencia moderna trabajan unidas, y en muchas ocasiones también en la misma línea. Ahora bien la ingeniería sigue las pautas de las necesidades sociales, y es esta necesidad lo que crea la línea conjunta de ciencia y tecnología.