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Automatización Matemáticas Mecánica

Metodología de la Identificación de sistemas físicos

El objetivo de este post es poder ilustrar a nuestros seguidores de cual es la metodología que debe seguir todo buen Ingenierio para poder realizar una correcta identificación de un sistema físico. Para ello y como estamos haciendo en los post anteriores tomaremos como refernecia http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema2_trasp.pdf según la cual se deben realizar los siguientes pasos:

  1. Seleccionar una clase de modelos: Continuos o discretos, lineales o no.
  2. Obtener un conjunto de datos experimentales.
  3. Seleccionar, de acuerdo con algunas de las características de los datos experimentales y previo minucioso análisis de dichos datos, un modelo entre los de clase seleccionada.
  4. Tratamiento de los datos experimentales (filtrado en un rango defrecuencias, eliminación de datos espureos,…) y estimación de los parámetros del modelo. Las técnicas de estimación del modelo dependen de la clase de modelo a identificar y de los datos de los que se dispongan.
  5. Probar la validez del modelo.
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Automatización Matemáticas Mecánica

Indentificación versus Modelado

Siguiendo con la temática trabajado en los post anteriores vamos a seguir profundizando en el proceso de “Matematización” de los sistemas físicos que podemos encontrarnos en cualquier planta industrial. Como hemos ido analizando anteriormente y tomando como modelo de referencia las teorías de http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema2_trasp.pdf vamos a profundizar en las diferencias que existen entre la indentificación y el modelado.

A groso modo podemos de decir que la identificación consiste en asigngar el valor de una serie de variables en función del comportamiento del sistema, mientras que el modelado consiste en la “Matematización” y representación mediante ecuaciones del los sistemas Físicos.

La fuente consultado nos indica los siguientes aspectos.

Ventaja del modelado:
Genera modelos aplicables en un extenso rango, debido a que llevan incorporados los mecanismos básicos que describen el comportamiento del sistema.
Inconveniente del modelado
El modelado suele ser una tarea larga que requiere un conocimiento preciso del sistema que se trata de modelar, además de experiencia en latarea de modelado.

Ventaja de la identificación
Los modelos obtenidos mediante las técnicas de identificación suelen estar
orientados a algoritmos de control y detección de fallos.–Suelen ser más sencillos de obtenerque los basados en técnicas de
modelado.
Inconveniente de la identificación
Su entorno de validezsuele estar restringidoa las condiciones en las que se tomaron los datos experimentales (esto es especialmente cierto para losmodelos lineales, no debería ser así para los modelos basados en redesneuronales).

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Automatización Matemáticas Mecánica

Metodología del modelado de sistemas físicos.

Para seguir en lo expuesto en el anterior post. Tomando como referencia la misma fuente http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema2_trasp.pdf profundizaremos en los pasos o aspectos que se deben tener en cuenta para el modelado de un sistema físico. Recordemos que ahora estamos en una parte más concreta de algo más genérico que consiste en poder tener la representación matemática de un sistema físico.


Conceptualización

-Conocer de forma general el proceso que se quiere modelar
–Definir de los objetivos del modelo–Realizar un modelo conceptual basado en hipótesis sobre el sistema bajo estudio que debe ser tan simple como sea posible.
–Conocer las leyes que rigen los fenómenos del sistema y su causalidad física (leyes de conservación de la masa, energía y momento
–Dividir el sistema en subsistemas interconectados.

Formalización
–Formular el modelo en forma de ecuaciones diferenciales y/o algebraicas y una serie de condiciones lógicas

Parametrización
–Determinación de los parámetros del modelo y condiciones iniciales.

Resolución del modelo en un ordenador


Validar el modelo

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Automatización Matemáticas Mecánica

Obtención de modelos matemáticos de sistemas físicos

En el siguiente post vamos a profundizar en los pasos que se deben seguir para realizar el modelado de cualquier sistema físico (bobinas, condensadores,el motor de un coche…..) para ello vamos a tomar como fuente de inspiración la siguiente Web http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema2_trasp.pdf según la cual.

Como primer paso se debe realizar el Modelado.

Se caracterizan por generar conjuntos de ecuaciones diferenciales y algebraicas, normalmente no lineales, que se obtienen a partir de un estudio analíticodel sistema basado en:

•Una serie de hipótesis sobre dicho sistema.
•El uso de leyes de comportamiento físico-químicas (leyes de conservación, equilibrio entre fases, dependencias entre variables,…), o bien expresiones obtenidas a partir de datos experimentales.

Como segundo paso se debe realizar la Identificación

Se caracterizan por considerar el sistema como una caja negra, sin hacer ninguna hipótesis ni tener en cuenta los mecanismos internos de funcionamiento del sistema, y se basan en medidas experimentales para deducir las relaciones entrada salida.

Para finalizar se debe trabajar en las diferencias entre Identificación y Modelado.

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CAD Mecánica

Sistemas CAD-CAE en el modelado de productos

En el siguiente post vamos a utilizar una presentación en la que vamos a profundizar en algunos de los aspectos en los cuales los sistemas CAD y CAE influyen para el diseño y modelado 3D del producto final.

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CAD Mecánica Tecnología de Fabricación

Tebis un nuevo sistema CAD-CAM

En el siguiente post vamos a trabajar sobre un nuevo sistema de diseño CAD-CAM llamado Tebis que según http://www.cimco.com.mx/2120__productos_CAD-CAM_Tebis.html es un programa de alto nivel para programar fresadoras y centros de maquinado y para talleres que fabrican moldes troqueles y herramentales complejos con un alto enfoque a la eficiencia para minimizar tiempos y desgaste de herramientas y además con módulos para corte por láser e Ingeniería Inversa. Tomando como referencia este sistema mostramos el siguiente video

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CAD Tecnología de Fabricación

Sistemas CAD-CAM

En el siguiente post vamos a profundizar algunas de las características que pueden definir un sistema CAD-CAM dentro de la producción de una empresa. Para ello tomaremos como modelo de consulta la siguiente página web http://www.cmicslp.org/Sistema%20CADCAM.htm según la cual.

Enn la actualidad existen sistemas de diseño asistido por computadora CAD siglas en ingles (Computer Aided Design) se utilizan para generar modelos con características de un producto determinado. Las características pueden ser el tamaño, el contorno y la forma de los componentes, se almacenan en dibujos electrónicos ya sean bidimensionales o tridimensionales.Una vez al tener los datos del producto, estos han sido introducidos y almacenados en el sistema y guardados en el sistema, el diseñador tiene el control de manipularlos o modificar las ideas del diseño con muchísima facilidad, de esta manera pudiendo controlar el desarrollo del producto.

Los sistemas CAD también permiten simular el funcionamiento de un producto antes de la producción. Los sistemas CAD hacen posible comprobar si un circuito electrónico funcionará tal y como está previsto, si un puente será capaz de soportar las cargas consideradas sin peligros e incluso si una salsa de alimento fluirá adecuadamente desde un envase de nuevo diseño.

A partir de unas especificaciones de fabricación a detalle, los arquitectos e ingenieros crean modelos 3D mediante gráficos generados por computadora, las piezas generadas por computadora son manipuladas para poder someterlas a infinidad de pruebas, y su forma puede ser modificada, antes de la fabricación físicamente del producto. Al poder tener d de conexión los sistemas CAD se conectan a equipos de fabricación también controlados por computadora pudiendo conformar un sistema integrado CAD/CAM CAM, siglas en ingles (Computer Aided Manufacturing).

Los equipos CAM se basan en una serie de códigos numéricos, al igual de los equipos CAD, estos almacenan en archivos de informática para controlar las tareas de fabricación y/o diseño. Este Control Numérico por Computadora (CNC) se obtiene describiendo las operaciones de la máquina en términos de los códigos especiales y de la geometría de formas de los componentes, creando archivos informáticos especializados o programas de piezas. La creación de estos programas de piezas es una tarea que, en gran medida, se realiza hoy día por software como AutoC.A.D. el cual es amigable para crea vínculos entre los sistemas CAD y CAM.

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Electricidad

Los motores de CC

A partir de la siguiente fuente   LIBRO MAQUINAS ELECTRICAS DEL AUTOR: JESUS FRAILE MORA Y DE LA EDITORIAL MAGRAWHILL

Vamos a realizar una pequeña profundización en cuales son algunas de las características básicas que definen este tipo de maquinas electrícas que seran completadas con un video extraído de Youtube.

Los motores de corriente continua es una de las aplicaciones industriales más importes que existen de las máquinas de corriente continua. Este tipo de máquina tiene una gran importancia histórica debido a su empleo como generadores o dinamos y representaron el primer procedimiento para producir energía eléctrica a gran escala. El desarrollo de la máquina de CC se centra durante mucho tiempo en la búsqueda de procedimientos para transformar la ca inducida en una espira, al girar dentro de un campo magnético, en corriente unidireccional o de polaridad constante. La ventaja fundamental de la máquina de CC como motor frente a los motores de ca ha sido su mayor grado de flexibilidad para el control de velocidad y par, lo cual ha hecho muy interesante su aplicación en diversos accionamientos industriales (trenes de laminación, etc).

Entre sus componentes destacan los siguientes:

1.-Culata o carcasa.
2. – Núcleo polar de un polo inductor
3. – Pieza polar de un polo inductor
4. – Núcleo polar de un polo de conmutación
5. – Pieza polar de un polo de conmutación
6. – Inducido. Se construye con discos de chapas de acero al silicio convenientemente ranurados para alojar el devanado.
7. Devanado del inducido
8. – Devanado de excitación.
9. – Devanado de conmutación
10. – Colector de delgas. .
11. – Escobilla positiva
12. – Escobilla negativa

Para finalizar lo ilustramos con el siguiente video.
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Electricidad

Las maquinas eléctricas y sus diferentes tipos

El objetivo de este post va a ser profundizar en cuales son als características básicas de las máquinas eléctricas y ver los distintos tipos que existen. Para ello vamos a tomar como referencia lo expuesto en el LIBRO MAQUINAS ELECTRICAS DEL AUTOR: JESUS FRAILE MORA Y DE LA EDITORIAL MAGRAWHILL

Las maquinas eléctricas son el resultado de la aplicación de los principios del electromagnetismo y en particular la ley de inducción de Faraday. Las máquinas eléctricas se caracterizan por tener circuitos eléctricos y magnéticos entrelazados. Este tipo de máquinas realizan una conversión de energía de una forma en otra, una de las cuales, al menos, es eléctrica.Una de las máquinas eléctricas más importantes que existen es el motor eléctrico también existen otro tipo de máquinas eléctricas como son los generadores y los transformadores.

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma la energía eléctrica en mecánica. La acción se desarrolla introduciendo una corriente en la máquina por medio de una fuente externa, que interacciona con el campo produciendo el movimiento  de la máquina; aparece entonces una fem inducida que se opone a la corriente de ahí su nombre fuerza contra-electromotriz. En resumen el motor necesita una energía eléctrica de entrada para producir la energía mecánica de salida. Existen diferentes tipos de motores eléctricos.

Motores síncronos. Se caracterizan por  la introducción de una corriente alterna de frecuencia f2 por el inducido teniendo el inductor f1=0. Este motor tiene el inconveniente de que gira a una velocidad fija, con el consiguiente problema de arranque y pérdida  de sincronismo cuando se producen pares de frenado bruscos.

Motores de CC. En este tipo de motores se introduce cc por el inductor y por las escobillas del inducido, apareciendo un par que hace girar el rotor de la máquina. La velocidad de giro puede regularse fácilmente controlando la corriente del inductor o del inducido o de ambas a la vez. Esta facilidad de regulación de la velocidad unida a los altos pares de arranque lo han hecho insustituible dentro de aquellas aplicaciones que necesitan una velocidad variable.

Motores asíncronos o de inducción.Están constituidos por un devanado inductor situado en el estator por el que se introduce un c.a de frecuencia f1. En motores de potencia superior a ½ CV, el devanado anterior es trifásico, al igual que la corriente de alimentación, y aparece como consecuencia un campo magnético de una velocidad n. En este tipo de motores el campo giratorio del estator induce  f.e.m.s en el devanado del rotor y al estar este en cortocircuito o cerrado por medio de un reóstato de arranque aparecen corrientes en el rotor que al reaccionar con el campo giratorio del estator. Esto provoca el movimiento de la máquina a una velocidad n muy cercana y por debajo de la de sincronismo.

Motores de corriente alterna de colector. Motores universales. Se caracterizan por estar formados por un inductor situado en el estator, alimentado generalmente por c.a monofásica. El inducido esta en el rotor y dispone de colector de delgas con una apariencia física análoga a las máquinas de cc. Normalmente los devanados del estator y rotor van en serie resultando una máquina de características similares al motor serie de CC. Pueden adaptarse al funcionamiento  de c.a. y c.c recibiendo el nombre de motores universales.

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CAD Mecánica

Características de Ansys.

En el siguiente post y tomando como referencia la siguiente Web http://www.cadvisionsl.com/docs/ansys.pdf analizaremos cuales son las características mas importantes del programa de diseño de cargas llamado Ansys.

Podemos afirmar de forma previa que quiza uno de los factores mas debiles de este programa es su deficitario sistema CAD, comparado con otros programas como Catia, Inventor,Virtual Lab.Por el contrario quiza uno de sus puntos fuertes es el cálculo de esfuerzos en las cargas con las cuales se esta trabajando.

Asi pues según http://www.cadvisionsl.com/docs/ansys.pdf

Ansys permite un análisis Estructural, Termico, Electromagnético. de fluidos y de campos acoplados. Dentro del análisis estructural permite dos aspectos muy importantes:

Análisis estático Estructural (lineal y no lineal)

  • Pandeo
  • Anistropia
  • Contactos y superficies de contacto no lineales
  • No linealidades geométicas
  • Materiales no lineales: Plasticidad con edurecimiento, Viscoelasticidad….

Análisis dinámico

  • Análisis Modal: Simetria axial, sim. cíclica
  • Análisis Sísmico: Espectral, PSD, Acelerogramas
  • Análisis Armónicos: Bancadas, cargas armónicas
  • Análisis transitorios lineales o no lineales:Explosiones, Impactos, choques, impulsos.

Para finalizar añadimos un pequeño tutorial de ansys para ilustrar como analizar un análisis electromagnético.

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