XVIII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
CNIM 2010
Ciudad Real, 3-5 noviembre 2010
Programa y Resúmenes
Comité organizador CNIM 2010
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, UCLM
Avda. Camilo José Cela s/n – 13071 Ciudad Real
http://www.uclm.es/actividades/2010/CongresoIM
Índice
Información general
Programa
5
13
Programa general 14 Programa de sesiones 15 Resúmenes
29
Automóviles 30 Biomecánica 40 Cinemática y dinámica de multicuerpos 57 Detección de fallos y defectos 63 Docencia: Ejemplos 72 Docencia: Metodología 83 Estructuras 89 Ferrocarriles 95 Fatiga y fractura 100 Materiales 108 Mecanizado 117 Metrología 130 Otros 135 Otros procesos de fabricación 151 Robótica 171 Rodamientos y engranajes 188 Ruido y vibraciones 192 Síntesis y diseño 207 Tribología 211 Turbomáquinas y mecánica de fluidos 222 Uniones 226 Índice de ponencias por autor
231
Lista de participantes
239
Información general
ORGANIZADORES
Comité Organizador Local
Publio Pintado Sanjuán (Presidente) José Manuel Chicharro Higuera (Vicepresidente) Antonio Javier Nieto Quijorna Ángel Luis Morales Robredo Consejo Rector de la Asociación Española de Ingeniería Mecánica
Fernando Viadero Rueda (Presidente) Universidad de Cantabria José Luis San Román García (Vicepresidente) Universidad Carlos III Salvador Cardona Foix Universidad Politécnica de Cataluña Juan Ignacio Cuadrado Iglesias Universidad Politécnica de Valencia Julio Fuentes Losa Universidad Nacional de Educación a Distancia Alfonso Hernández Frías Universidad del País Vasco Universidad de Sevilla Juana Mayo Núñez María Prado Novoa Universidad de Málaga Emilio Velasco Sánchez Universidad Miguel Hernández de Elche Alfonso Fernández del Rincón (Secretario General) Universidad de Cantabria 6 Grupo de Ingeniería Mecánica E.T.S. Ingenieros Industriales Universidad de Castilla‐La Mancha Asociación Española de Ingeniería Mecánica Información general COMITÉ CIENTÍFICO
Enrique Amezua San Martín Universidad del País Vasco Francisco Aparicio Izquierdo Universidad Politécnica de Madrid Enrique Ares Gómez Universidad de Vigo Mariano Artés Gómez Universidad Nacional de Educación a Distancia Rafael Avilés González Universidad del País Vasco Miguel Balbás Antón Universidad Politécnica de Madrid Roque Calero Pérez Universidad de Las Palmas de Gran Canaria Ramón Capdevila Pages Universidad Politécnica de Cataluña Salvador Cardona Foix Universidad Politécnica de Cataluña Francisco J. Cuadrado Aranda Universidad de La Coruña Juan Ignacio Cuadrado Iglesia Universidad Politécnica de Valencia Jaime Domínguez Abascal Universidad de Sevilla José Esteban Fernández Rico Universidad de Oviedo Universidad Politécnica de Valencia Francisco Javier Fuenmayor Fernández Alfonso Fuentes Aznar Universidad Politécnica de Cartagena Ernesto García Vadillo Universidad del País Vasco Juan Carlos García Prada Universidad Carlos III de Madrid Javier García Lomas Jung Universidad de Sevilla Alfonso Hernández Frías Universidad del País Vasco Luís Norberto López de la Calle Marcaide Universidad del País Vasco Vicente Mata Amela Universidad Politécnica de Valencia Juana María Mayo Núñez Universidad de Sevilla José Ignacio Pedrero Moya Universidad Nacional de Educación a Distancia Publio Pintado Sanjuán Universidad de Castilla‐La Mancha José Luis San Román García Universidad Carlos III de Madrid Miguel Ángel Sebastián Pérez Universidad Nacional de Educación a Distancia Antonio Simón Mata Universidad de Málaga Pedro Manuel Vera Luna Universidad Politécnica de Valencia Fernando Viadero Rueda Universidad de Cantabria Ricardo Vijande Díaz Universidad de Oviedo Información general 7 LUGAR DE CELEBRACIÓN Y PLANOS
Aulario Polivalente y Biblioteca General (Edificio de Servicios Generales) Campus de Ciudad Real Universidad de Castilla‐La Mancha Vista aérea de Ciudad Real 8 Información general Detalle del Campus de la UCLM Información general 9 10 Información general Información general 11 AGRADECIMIENTOS
Las siguientes entidades han colaborado en la organización del Congreso o han ayudado a financiarlo: 

UCLM. Universidad de Castilla‐La Mancha, Rectorado COIIM. Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Madrid, Delegación 
de Ciudad Real RNIM. Red Nacional de Ingeniería Mecánica 
12 
Dpto. de Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos, UCLM
IFToMM. International Federation for the Promotion of Mechanism and 
Machine Science MICINN. Ministerio de Ciencia e Innovación. Información general Programa
PROGRAMA GENERAL Hora
Miércoles 3 Jueves 4
Conferencia Plenaria PINNINGTON Viernes 5
Conferencia Plenaria AMBROSIO Ponencias 4 sesiones paralelas Ponencias 4 sesiones paralelas Pósters Pósters Ponencias 4 sesiones paralelas Ponencias 4 sesiones paralelas Conferencia Plenaria KECSKEMETHY Ponencias 4 sesiones paralelas Conferencia Plenaria JAMES Almuerzo Almuerzo Tapas 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Recogida de documentación INAUGURACIÓN 15.00 16.00 17.00 Ponencias 4 sesiones paralelas Ponencias 4 sesiones paralelas Ponencias 4 sesiones paralelas Ponencias 4 sesiones paralelas 18.00 Reunión RNIM 19.00 Asamblea AEIM 20.00 21.00 22.00 Visita turística Cena Cena del Congreso Entrega de “IFToMM Award of merit 2010” 14 Programa PROGRAMA DE SESIONES: ORALES MIÉRCOLES Biomecánica Aula 0.04 Hora Primer Autor 16:00 D. García‐Vallejo 16:15 I. Pasciuto 16:30 R. Pàmies‐Vilà 16:45 S. Hassan Hosseinnia Título Simulación de la marcha humana mediante optimización paramétrica Comparación de leyes de control para la predicción dinámica del movimiento humano usando bases de datos Efectos del error en las mediciones de la fuerza de contacto pie‐suelo en el análisis dinámico inverso de la marcha humana Simulación del control híbrido de un modelo simplificado de órtesis activa para ayuda a la marcha MIÉRCOLES Tribología Aula 0.05 Hora Primer Autor 16:00 L. Ferreiro 16:15 C. Camba 16:30 L. Rodríguez‐Tembleque 16:45 P. Lafont Título Correlación entre los resultados obtenidos mediante diversas técnicas de ensayo de desgaste Comportamiento frente al desgaste abrasivo de las fundiciones tipo silal con grafito esferoidal Esquemas de integración acelerada del desgaste en problemas de rodadura cuasi‐estacionaria mediante el método de los elementos… Caracterización del comportamiento reológico de lubricantes mediante ensayo en tribómetro MIÉRCOLES Mecanizado Aula 0.06 Hora Primer Autor 16:00 I. Torrano 16:15 D.R. Salgado 16:30 L.M. López de Lacalle 16:45 N. Ortega Título Predicción de tensiones residuales en el tornado de Inconel 718 Sistema de monitorización simultánea del desgaste del flanco y la rugosidad superficial en torneado en seco Taladrado profundo para la manufactura de partes estructurales monolíticas Análisis de la precisión de una rectificadora mediante elementos finitos MIÉRCOLES Rodamientos y engranajes Aula 0.07 Hora Primer Autor 16:00 J. Aguirrebeita 16:15 J. Aguirrebeita 16:30 J. Vallejo 16:45 A. Fernández Título Capacidad de carga estática generalizada en rodamientos de vuelco de contacto angular de 4 puntos Modelo detallado para análisis estático de conjuntos de rodamiento de vuelco Criterio de aceptación estática de rodamientos de vuelco de contacto angular de 4 puntos frente a cargas axiales, radiales y de momento Banco de ensayos para el estudio del comportamiento dinámico de trenes de engranajes epicicloidales Programa 15 MIÉRCOLES Biomecánica Aula 0.04 Hora Primer Autor Título 17:15 A. Valero Comparación de dos métodos globales de reconstrucción del movimiento basados en coordenadas naturales y relativas 17:30 C. Liang Modeling and simulation of a waist‐trunk system with mass payloads 17:45 F. J. Alonso 18:00 J. Ojeda Cálculo de esfuerzos musculares en la marcha humana mediante optimización estática‐fisiológica Función objetivo en problemas de redundancia muscular. Aspectos biológicos y computacionales MIÉRCOLES Tribología Aula 0.05 Hora Primer Autor 17:15 E. Chacón 17:30 A. Higuera 17:45 A. Higuera 18:00 J. Echávarri Título Resolución del problema TEHD puntual y su aplicación a la predicción del coeficiente de fricción Comportamiento tribológico de una aleación NiCrBSi texturizada mediante láser Nd‐YAG Influencia de los parámetros de un láser Nd‐YAG en el texturizado de una aleación NiCrBSi Predicción del coeficiente de fricción en contactos puntuales con lubricación elastohidrodinámica MIÉRCOLES Otros procesos de fabricación Aula 0.06 Hora Primer Autor 17:15 C. Molpeceres 17:30 I. Tabernero 17:45 I. Sánchez‐Aniorte 18:00 C. Correa Título Procesos láser en dispositivos fotovoltaicos de silicio en lámina delgada Predicción de la geometría del cordón en procesos de aporte mediante láser Microprocesado láser para contactado frontal de células solares basadas en silicio cristalino Simulación termo‐mecánica de procesos de tratamiento superficial mediante ondas de choque generadas por láser MIÉRCOLES Docencia Aula 0.07 Hora Primer Autor 17:15 I. Cambero 17:30 J.C. Pérez 17:45 L. Rodríguez‐Tembleque 18:00 P. Galvín Título Virtualización de máquinas‐herramienta para uso docente en asignaturas relacionadas con fabricación mecánica Diseño a rigidez de árboles escalonados mediante Mathematica®: un trabajo no presencial en el ámbito del EEES Nuevas metodologías docentes para la enseñanza de estructuras aeronáuticas Enseñanza de Teoría de Estructuras mediante el diseño, cálculo, construcción y ensayo de modelos 16 Programa JUEVES Biomecánica Aula 0.04 Hora Primer Autor 10:15 M.T. Carrascal 10:30 A. Yánez 10:45 O. Martel 11:00 R. Martín Título Estudio comparativo de un modelo de fractura vertebral entre ensayos mecánicos y simulaciones de modelos de elementos finitos Estudio biomecánico de un nuevo sistema para mejorar la fijación de tornillos corticales en huesos osteoporóticos Determinación del modelo de hueso artificial adecuado para la evaluación de los sistemas de fijación de injerto de ligamento… Análisis cinemático y cinético de la articulación de la rodilla en maniobras de alta demanda: bajada escalones, quiebro y vuelta JUEVES Materiales Aula 0.05 Hora Primer Autor 10:15 J.E. Díaz 10:30 J.M. Portela 10:45 R. González‐Palma 11:00 S. de la Flor Título Efecto de la corrosión en la resistencia a la tracción de las aleaciones UNS A92024 y UNS A97075 Influencia de los parámetros del proceso SAW multipasada en el valor del CTOD de un acero HSLA Ciclo térmico de aceros microaleados de alta resistencia 450 EMZ tipo II en el simulador de soldadura Análisis cuantitativo de las transformaciones de fase mediante DRX en aleaciones con memoria de forma NiTi JUEVES Automóviles Aula 0.06 Hora Primer Autor Título 10:15 F.M. Badea Optimización de uniones y estructuras de autobuses 10:30 F. Jiménez Optimización multicriterio de la velocidad de un vehículo de carretera 10:45 M. Comellas 11:00 R. Grimaldi Análisis del funcionamiento de la transmisión hidrostática de un vehículo todo terreno de múltiples ejes Estudio del comportamiento de módulos de autobuses fabricados en materiales compuestos ante ensayo de vuelco JUEVES Detección de fallos y defectos Aula 0.07 Hora Primer Autor 10:15 A.J. Ordóñez 10:30 M. Algaba 10:45 P.A. Meroño 11:00 A. García‐González Título Selección del nivel de descomposición WPT mediante el análisis de la sensibilidad de la energía relativa Wavelet Detección de daño en estructuras mediante la aplicación de la transformada wavelet a su deflexión estática Análisis comparativo de técnicas de procesamiento de señales de vibración para la detección de fallos en engranajes Evaluación de Redes Neuronales Artificiales como sistema de localización de daños estructurales basado en parámetros modales Programa 17 JUEVES Biomecánica Aula 0.04 Hora Primer Autor 11:45 J.M. Font‐Llagunes 12:00 A.A. Suárez 12:15 A. García‐González 12:30 U. Garitaonaindía Título Diseño de una órtesis activa para ayuda a la marcha de lesionados medulares Estudio de microimplantes en ortodoncia mediante elementos finitos y la aplicación práctica en pacientes Comportamiento dinámico de una audioprótesis coclear acoplada a un modelo tridimensional de cóclea Análisis mediante simulación numérica de implantes dentales con microrrosca JUEVES Materiales Aula 0.05 Hora Primer Autor 11:45 E. Ukar 12:00 G. Herranz 12:15 I. Tabernero 12:30 S. Martínez Título Modelo térmico láser con transformaciones intermedias en calentamiento Comportamiento frente al desgaste de la aleación Ti6Al4V nitrurada con energía solar concentrada Evaluación de las propiedades mecánicas de recubrimientos realizados por plaqueado láser en Inconel 718 Simulación del proceso de temple por láser en piezas de geometría compleja JUEVES Automóviles Aula 0.06 Hora Primer Autor Título 11:45 A. González Evolución de los niveles de emisiones contaminantes con la antigüedad del vehículo 12:00 A.L. Martín Análisis experimental del oleaje en camiones cisterna 12:15 D. Gallegos 12:30 E. Alcalá Desarrollo de una herramienta para sistemas de ayuda avanzada a la conducción en intersecciones Validación de un modelo analítico de predicción del comportamiento de generadores de gas para sistemas de retención inflables JUEVES Detección de fallos y defectos Aula 0.07 Hora Primer Autor Título El rozamiento de las barras de control de una central nuclear como índice del mantenimiento predictivo Evaluación de la severidad de un plano en la superficie de rodadura de las ruedas de un tren 11:45 A. García‐Berrocal 12:00 L. Jordi 12:15 L. Rubio Análisis de las señales de propagación de ondas en ejes fisurados B. Muñoz‐Abella Detección e identificación de fisuras de frente semielíptico en ejes mediante la aplicación de algoritmos genéticos 12:30 18 Programa JUEVES Robótica Aula 0.04 Hora Primer Autor 13:00 M. Ceccarelli 13:15 Ch. Pinto 13:30 J. Aginaga 13:45 O. Altuzarra Título Clasificación de manipuladores 3R en función del espacio de trabajo Un procedimiento para la obtención de espacios de trabajo basados en criterios estructurales Análisis de las condiciones de pérdida de contacto en uniones con holgura en manipuladores paralelos Análisis de indicadores cinemáticos para el diseño de manipuladores paralelos JUEVES Fractura y fatiga Aula 0.05 Hora Primer Autor Título Cálculo de la resistencia a la fatiga superficial en superficies con lubricación elastohidrodinámica mediante el criterio de Dang Van Comportamiento del shot y laser peening frente a la fatiga por fretting 13:00 E. de la Guerra 13:15 J. Vázquez 13:30 J. Vázquez Predicción en fatiga por fretting incluyendo tensiones residuales 13:45 I. Peñuelas Triaxialidad en probetas SPT entalladas: efecto de la geometría, configuración, temperatura y proceso de fabricación JUEVES Ferrocarriles Aula 0.06 Hora Primer Autor 13:00 R. Chamorro 13:15 J. Santamaría 13:30 P. Vila 13:45 R.F. Lagos Título Aplicación del método de las deformadas móviles a vías ferroviarias curvas Optimización del perfil de rodadura de una rueda de ferrocarril considerando su conicidad equivalente Estimación de la corrugación en carriles ferroviarios mediante modelos dinámicos avanzados Simulación del comportamiento dinámico de vehículos ferroviarios a su paso por desvíos. Influencia de parámetros JUEVES Mecanizado Aula 0.07 Hora Primer Autor 13:00 F. Mata 13:15 I. Ansoategui 13:30 M. San Juán 13:45 N.C. Marín Título Response surface methodology (RSM) analysis approach to model experimental data of machining of plastic composites Simulación de fresado mediante corte interrumpido en torno para medición de temperaturas en la herramienta de corte Estudio de la maquinabilidad por medio del análisis de las fuerzas de corte y del análisis termográfico Efecto de la deformación del material en la dirección del filo en simulaciones numéricas 3D de procesos de corte ortogonal Programa 19 JUEVES Robótica Aula 0.04 Hora Primer Autor 16:00 A. González 16:15 J. Chocoteco 16:30 J. Meneses 16:45 M.E. Escobar Título Estudio de la estabilidad lateral del robot cuadrúpedo LEBREL Control de inclinación basado en un regulador PI de un sistema reconfigurable capaz de subir escaleras Influencia del par de orden superior pie‐suelo en la cinemática y dinámica del bípedo “PASIBOT” Sistema de estabilización del robot Pasibot JUEVES Fractura y fatiga Aula 0.05 Hora Primer Autor 16:00 A.I. Boyano 16:15 E. Martínez‐González 16:30 P. Rubio 16:45 M. Sabsabi Título Nueva configuración de ensayo para análisis de modo mixto (I/II) de fractura interlaminar de composites Aplicación de Emisión Acústica (EA) al estudio del comportamiento micro‐mecánico de los AHSS Estudio temporal del factor de intensidad de tensiones en un eje fisurado Análisis del error relativo en KII en problemas de contacto en caras de grieta mediante X‐FEM JUEVES Vibraciones Aula 0.06 Hora Primer Autor 16:00 C.E. Lavín 16:15 J. Blázquez 16:30 I. M. Díaz 16:45 P. Galvín Título Respuesta experimental y simulada de una chimenea industrial sin y con TMD bajo la acción del viento Aplicación de las transformadas de Hilbert a la dinámica de una pala de aerogenerador Análisis y control de vibraciones en la pasarela del Museo de la Ciencia de Valladolid Identificación dinámica de puentes de Sevilla mediante sus respuestas a cargas de servicio JUEVES Mecanizado Aula 0.07 Hora Primer Autor Título Obtención de una trayectoria espiral para mecanizar con herramienta esférica superficies STL partiendo de su contorno Análisis de la influencia del tratamiento térmico en la maquinabilidad de aleciones de titanio 16:00 J.L. Huertas 16:15 M. Armendia 16:30 M. Arsuaga Mandrinado de formas interiores complejas en centro de mecanizado V. López Modelización del error de posicionamiento en una máquina‐
herramienta de control numérico y su influencia sobre la geometría… 16:45 20 Programa JUEVES Robótica Aula 0.04 Hora Primer Autor Título 17:15 J. López Interfaz háptica para tareas de manipulación 17:30 G. Partida Validación experimental de la dinámica de un robot flexible de 3 GDL 17:45 M. Urizar Transiciones entre soluciones del problema directo en el espacio articular del manipulador 3‐RPR analítico 18:00 X. Iriarte Parámetros base de robots modelados con fricción JUEVES Turbomáquinas y mecánica de fluidos Aula 0.05 Hora Primer Autor 17:15 A. Cantizano 17:30 J. González 17:45 J. González 18:00 D. López Título Análisis comparativo del uso de la ecuación de Euler y el estudio aerodinámico en máquinas axiales Análisis de tensiones deterministas en una bomba centrífuga de doble aspiración Modelo numérico para estudio del flujo en un ventilador centrífugo de pequeñas dimensiones Optimización de un modelo de turbulencia k‐e para flujo incompresible alrededor de perfiles alares JUEVES Estructuras Aula 0.06 Hora Primer Autor 17:15 E. Alcalá 17:30 V. Rodríguez 17:45 O. Falcó 18:00 E. Veguería Título Optimización topológica de estructuras reticuladas de nudos rígidos y sección variable Comprobación experimental de la optimización en peso de vigas tipo sándwich sometidas a flexión pura Definición de un panel de laminado compuesto con rigidez variable y su ensayo virtual Un procedimiento para la optimización de topología de mecanismos flexibles térmicos JUEVES Metrología Aula 0.07 Hora Primer Autor Título 17:15 L. Felipe‐Sesé Sistema de bajo coste para la medida de formas en tres dimensiones 17:30 I. González Diseño óptimo del valor nominal y las tolerancias de un conjunto de variables correladas 17:45 J.A. Yagüe Calibración de sensores 2D en alto rango de temperaturas M. Villeta Acotación bilateral para la razón tolerancia incertidumbre basada en el índice ICC 18:00 Programa 21 VIERNES Robótica Aula 0.04 Hora Primer Autor 10:15 H. Gu 10:30 F.J. Rubio 10:45 J.M. Font‐Llagunes 11:00 A.C. Majarena Título Dynamics simulation of operation for a clutched arm Trayectorias de tiempo óptimo para robots con restricciones de par, sobreaceleración y energía consumida Análisis dinámico de impactos en sistemas mecánicos de topología variable Identificación de parámetros cinemáticos de una plataforma paralela pan‐tilt basada en cinemática inversa y directa VIERNES Uniones Aula 0.05 Hora Primer Autor 10:15 J.G. Fueyo 10:30 M.C. Serna 10:45 M. Abasolo 11:00 M.A. Lorenzo Título Técnicas de aplicación del método de los elementos finitos en análisis de uniones metal‐madera en estructuras de madera Estudio numérico de uniones adhesivas ante cargas de impacto. Bonded Shock Project Metamodelo para la optimización de secuencias de atornillado en uniones de torres de aerogenerador Análisis de las tensiones de contacto en ajustes por interferencia con ranura circunferencial en el agujero VIERNES Ruido y vibraciones Aula 0.06 Hora Primer Autor 10:15 A.J. Nieto 10:30 C. Moltalvo 10:45 F.D. Denia 11:00 J.A. Calvo Título Simulación y aislamiento de la respuesta vibratoria de un vehículo ante perturbaciones transitorias Obtención por medio de análisis de ruido del cuarto polo de un sensor capacitivo de presión Atenuación de ruido en dispositivos de postratamiento de MCIA. Modelado analítico modal multidimensional Propuesta de ensayo para verificar el ruido emitido por un vehículo automóvil VIERNES Otros procesos de fabricación Aula 0.07 Hora Primer Autor 10:15 A.M. Camacho 10:30 F. Martín 10:45 M.C. Manjabacas 11:00 V. Miguel Título Estudio sobre la influencia del rozamiento en operaciones de forja localizada‐incremental mediante simulación por elementos finitos Optimización de módulos en la aplicación del Teorema del Límite Superior en procesos de forja Evaluación del proceso de embutición de copas mediante parámetros de redondez y de cilindridad Aplicación del método de las tensiones locales con hipótesis de deformación plana para la evaluación de fuerzas en embutición… 22 Programa VIERNES Cinemática y dinámica de multicuerpos Aula 0.04 Hora Primer Autor 11:45 A. Callejo 12:00 A.F. Hidalgo 12:15 I. Ansoategui 12:30 M. Díez Título Diferenciación automática de fuerzas en la integración implícita de sistemas multicuerpo Introducción de funciones BLAS y matrices Sparse en la dinámica de sistemas multicuerpo Estimación de errores de posición y velocidad en centros de mecanizado de cinco ejes Un algoritmo con feedback energético para la simulación cinemática del movimiento de las proteínas VIERNES Síntesis y diseño Aula 0.05 Hora Primer Autor 11:45 A. de Andrés 12:00 I. Fernández de Bustos 12:15 A. Noriega 12:30 S. Cardona Título Prototipo de motor de combustión Optimización dimensional de mecanismos incluyendo objetivos de velocidades Generalización analítica del método gráfico de Norton para la síntesis dimensional de una diada impulsora Levas de anchura constante con palpador plano de rotación: síntesis de la ley de desplazamiento VIERNES Ruido y vibraciones Aula 0.06 Hora Primer Autor 11:45 A.L. Morales 12:00 F.J. Martínez 12:15 J.M. Hernández 12:30 J. López Título Estudio de la influencia de la incertidumbre en el control activo con materiales inteligentes Herramienta para el cálculo computacional de sistemas antivibratorios Aspectos a considerar en la mejora de modelos de elementos finitos en máquinas herramienta mediante datos procedentes del análisis… Análisis modal operacional de encoders ópticos lineales mediante vibrometría láser de efecto Doppler VIERNES Otros procesos de fabricación Aula 0.07 Hora Primer Autor 11:45 A. Rodríguez 12:00 A. Fernández 12:15 A.N. Benítez 12:30 R. Gil Título Aplicación del bruñido con bola para el acabado de superficies complejas en máquinas multieje Torno‐fresado ortogonal como proceso alternativo al torneado a punta de cuchilla Desarrollo de electrodos EDM a partir de fabricación aditiva y electroconformado Análisis del proceso de Electro Discharge Milling Inverso para la fabricación de microejes Programa 23 PROGRAMA DE SESIONES: PÓSTER JUEVES Automóviles Hora Primer Autor 11:15 C. Senabre 11:15 D. Gallegos Título Análisis de datos de frenada de un vehículo sobre banco de rodillos de ITV y suelo plano variando el peso en el eje delantero y la… Análisis de variables geométricas del parachoques en la protección de peatones JUEVES Docencia. Metodología Hora Primer Autor 11:15 A. de Juan 11:15 A. Díaz 11:15 A. Díaz 11:15 J.C. Fortes 11:15 M.A. Gutiérrez 11:15 V. Henríquez Título Aplicación de Matlab al diseño de mecanismos Propuesta de programa de postgrado basado en la formación de ingenieros por rotación en empresas La opinión de los alumnos como herramienta para la mejora de la calidad docente en ingeniería mecánica Los ECTS y la percepción del cambio metodológico en ITI Mecánica (EPS‐UHU) Uso de un gestor documental para la codirección de proyectos fin de carrera de alumnos ERASMUS Impacto de las fórmulas de competición interuniversitaria en la formación académica JUEVES Docencia. Ejemplos Hora Primer Autor Título 11:15 J. Porras Docencia de conceptos de ingeniería mecánica para alumnos de diversa procedencia utilizando LEGO 11:15 L. Montoro Interacción fluido‐estructura: ejemplo docente 11:15 L. Rodríguez‐Tembleque Innovación y mejora docente en el ámbito de la enseñanza de estructuras metálicas 11:15 M.A. Oliva La Shell Eco‐Marathon, una experiencia docente 11:15 M.M. Huerta Construir un Mecano ¿Sólo es un Juego de niños? 11:15 P.M. Hernández 11:15 S.A. Villanueva Actividades formativas del Grupo de Innovación Educativa en Ingeniería de Fabricación de la ULPGC La obtención de tecnología como método de aprendizaje para estudiantes de ingeniería mecánica 24 Programa JUEVES Ferrocarriles Hora 11:15 Primer Autor X. Potau Título Análisis de la geometría y actuación de bogies en vehículos para superación de obstáculos en pendiente JUEVES Otros Hora Primer Autor Título Calibración de sistemas fotomecánicos mediante transformaciones perspectivas Análisis de deformaciones en probetas planas mediante correlación digital de imágenes 11:15 L. Felipe‐Sesé 11:15 E. López‐Alba 11:15 V. Álvarez Determinación de los parámetros óptimos en DIC 11:15 F.J. Rubio Tren de Engranajes Planetarios tipo “Cyclo” 11:15 J.J. Prieto La ingeniería mecánica en el descubrimiento de América 11:15 T. Pujol Evolución tecnológica en los molinos hidráulicos de rodete horizontal 11:15 A.I. López 11:15 E. Alcalá 11:15 A. González 11:15 J.M. Portela 11:15 B.Y. Moratilla 11:15 M.M. Huerta 11:15 M. Lucas Constitución de una red marítima en onda media capaz de albergar el tráfico necesario para la identificación de buques que naveguen por… Caracterización de los carritos de transporte de niños para su uso en autobuses y autocares Estudio comparativo de los resultados de la ITV en ciclomotores respecto a otros vehículos La Certificación LEED, cómo cumplir con un conjunto de normas para la sostenibilidad en el proyecto de ingeniería Adecuación de las políticas legislativas a la penetración de la tecnología eólica en España y las implicaciones del posible cambio… Calefacción urbana o de distrito, ¿un sistema energéticamente más sostenible? Estudio del comportamiento térmico de un aero‐refrigerador con pre‐enfriamiento adiabático Programa 25 VIERNES Biomecánica Hora 11:15 Primer Autor A. González Título Diseño paramétrico de instrumental de cirugía laparoscópica en base a criterios biomecánicos y ergonómicos VIERNES Cinemática y Dinámica de Multicuerpos Hora Primer Autor 11:15 A. Luaces 11:15 M. López Título Interacción virtual con sistemas mecánicos mediante técnicas de dinámica multicuerpo La librería de código abierto Sundials en la resolución de sistemas multicuerpo VIERNES Detección de Fallos y Defectos Hora 11:15 Primer Autor J.M. Marín Título Evolución térmica en rodamientos con defectos localizados. Análisis en régimen transitorio
VIERNES Otros Hora Primer Autor 11:15 A. Brau 11:15 J. Fuentelsaz 11:15 M.A. Caminero Título Técnica de verificación de instrumentos de medición por coordenadas portátiles basada en plataforma multi‐registro Análisis comparativo del comportamiento dinámico de sistemas de actuación de acumuladores de monedas de baja tensión Modelo de elasto‐plasticidad anisótropa basado en el criterio de fluencia de Hill con endurecimiento mixto: Algoritmo implícito de… VIERNES Estructuras Hora Primer Autor 11:15 J.M. Muñoz‐Guijosa 11:15 M. Bezzazi Título Desarrollo de un sistema de ensayo de grandes deflexiones para vigas tipo sándwich que trabajan a flexión pura Evaluación de los métodos aproximados del análisis de fiabilidad en el caso del diseño elástico de estructuras 26 Programa VIERNES Materiales Hora 11:15 Primer Autor G.P. Rodríguez Título Comportamiento tribológico del acero AISI H13 mecanizado por electroerosión (EDM)
VIERNES Mecanizado Hora 11:15 Primer Autor I. Buj Título Influencia del error de rectificado de los filos de la fresa sobre la rugosidad superficial obtenida en procesos de fresado de … VIERNES Metrología Hora 11:15 Primer Autor J. Santolaria Título Comparación de estándares internacionales de verificación de brazos articulados de medición por coordenadas: ASME B89.4.22‐2004… VIERNES Otros procesos de fabricación Hora Primer Autor Título 11:15 A. Fernández Taladrado por fricción de tubos de acero inoxidable 11:15 E. García‐Plaza Fusión de sensores para la monitorización on‐line del acabado superficial en mecanizado automatizado 11:15 A. Herrero Modelización numérica del problema térmico en micro‐WEDM 11:15 N. Díaz 11:15 J.A. Travieso 11:15 J. Castany 11:15 J. Fuentelsaz 11:15 J.J. García‐Ballesteros Estudio del proceso electroless para el metalizado de modelos plásticos usados en electroconformado Estudio del proceso de Bruñido con bola para la mejora de acabado superficial en superficies convexas Análisis experimental de la deformación postmoldeo por variación térmica Desarrollo de software de simulación para la optimización de la fabricación de colectores de motores eléctricos por moldeo por… Pérdidas eléctricas asociadas a procesos de interconexión con láser en dispositivos de lámina delgada Programa 27 VIERNES Robótica Hora 11:15 Primer Autor M.J. Gómez Título Evaluación de la adaptabilidad mecánica de los robots en entornos humanos
VIERNES Ruido y vibraciones Hora Primer Autor 11:15 J. Albizuri 11:15 M.A. Álvarez 11:15 R. Moreno Título Caracterización dinámica de máquinas‐herramienta en diferentes posiciones mediante subestructuras Análisis de la sensibilidad a las vibraciones del método de medición de tensión superficial mediante gota suspendida. Monitorización y procesamiento de señales vibratorias en vehículos para la prevención de exposición en humanos y detección de fallos… VIERNES Tribología Hora Primer Autor 11:15 A. García 11:15 L. Montoro 11:15 O. Armas Título Diseño de experimentos y su aplicación en la investigación de la predicción del desgaste de recubrimientos Ni‐Cr‐B‐Si Comparativa entre la ferrografía analítica y las técnicas espectrométricas de análisis de aceites lubricantes usados Efecto del uso de mezclas etanol‐biodiesel‐diesel sobre la rugosidad superficial de algunas piezas de un sistema de inyección common‐rail VIERNES Uniones Hora 11:15 Primer Autor M. Domínguez Título Estudio empírico de mejora de uniones tipo clavija en estructura de madera mediante el empleo de pernos encolados
28 Programa Resúmenes
Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Optimización de uniones y estructuras de autobuses
F. BADEA, E. ALCALÁ, R. GRIMALDI, F. APARICIO
INSIA. Universidad Politécnica de Madrid.
enrique.alcala@upm.es
El objetivo principal de la investigación que se está realizando es mejorar la
predictibilidad de las tensiones de los modelos FEM de vehículos de grandes
dimensiones de transporte de pasajeros (autobuses y autocares).
Dadas las dimensiones de estos vehículos y el tipo de estructura de los mismos (tubular
de sección rectangular hueca) los modelos más adecuados desde un punto de vista
técnico económico y de coste de modelización computacional, son los generados con
elementos viga. Como es conocido, estos modelos caracterizan las uniones entre vigas de
forma infinitamente rígida, característica que aumenta las rigideces, estructurales
estimadas por el modelo (torsión, flexión) así como las tensiones producidas en las
uniones y por lo tanto, reducen la estimación de vida a fatiga.
Para resolver este problema, en primer lugar, se han realizando investigaciones mediante
modelización y experimentación para diferentes modelos de uniones comunes en
autobuses.
Para las simulaciones se utilizaron tanto diferentes configuraciones de uniones como
diferentes configuraciones de los parámetros del modelo con elementos finitos: tipos de
elementos utilizados, tipo de mallado, dimensión del mallado características de las
constantes reales.
El objetivo de estas simulaciones es el estudiar en detalle el comportamiento de las
uniones rígidas conjuntamente con el comportamiento de los empotramientos y la
influencia de los parámetros de los modelos con elementos finitos.
Por otra parte, dentro de las actividades de medición de vibraciones y análisis modales,
se han realizado una serie de mediciones para obtener los modos propios tanto para
estructuras simples como para uniones de autobuses y autocares.
Conjuntamente con las mediciones modales se han realizado simulaciones modales,
tanto para realizar una comparación de los resultados como para poder realizar una
caracterización del comportamiento de ciertas estructuras como por ejemplo las uniones
de autobuses y autocares. Los resultados obtenidos permite realizar modelos de
elementos finitos que reproducen de manera predictiva el comportamiento de las uniones
rígidas que se utilizan en los autobuses y autocares (uniones soldadas).
30 Automóviles Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Optimización multicriterio de la velocidad de un
vehículo de carretera
F. JIMÉNEZ, S. TAPIA. W. CABRERA
INSIA. Universidad Politécnica de Madrid
felipe.jimenez@upm.es
Entre los objetivos de los sistemas inteligentes de transporte se encuentra la mejora de la
seguridad, la eficiencia, la reducción del consumo y el impacto medioambiental,
aumentar la satisfacción de los usuarios, etc. Estos sistemas están basados en la
captación, procesamiento y uso de la información, con lo que se podrían adoptar
acciones con anticipación. Dentro de los ITS, un campo muy relevante lo constituyen los
sistemas de control de la velocidad que suelen considerar, en general, únicamente los
límites legales. Los sistemas más sofisticados, incluyen límites adicionales por
condicionamientos de seguridad en puntos singulares como curvas, cruces,
incorporaciones, etc. Un paso adicional es considerar otros criterios adicionales como el
tiempo de viaje y la minimización del consumo. En esta línea, se ha desarrollado un
algoritmo para implementar en un sistema embarcado que permita el cálculo de la
velocidad de circulación asumiendo esos criterios de optimización y respetando como
límites máximos, los impuestos por las señales de tráfico y la seguridad. El sistema se
orienta principalmente a vehículos de trasporte de largo recorrido con rutas y horarios
fijos.Para realizar el cálculo de la velocidad óptima, el sistema se basa en el
conocimiento de la orografía y las limitaciones de velocidad de los tramos siguientes al
que se está circulando y en el tren de potencia del vehículo analizado, con lo que se
calcula cómo aprovechar al máximo la energía puesta en juego. Para ello, se emplean
métodos de optimización de programación dinámica, lo que implica desarrollar:
- Un mapa electrónico preciso y detallado con el trazado en planta y alzado y las
principales limitaciones de velocidad.
- Un modelo de vehículo que permita simular el movimiento del mismo por una
carretera, estimando su consumo en función de los estados de velocidad y marcha
engranada en cada instante.
- Un mapa de consumos a partir de casos atómicos considerando las situaciones
operativas en las que se puede encontrar el vehículo y debe contener todas las
transiciones posibles entre estados.
- La definición de una función de coste multicriterio que incluya el consumo de
combustible y el tiempo de viaje, ponderados por factores según la importancia
que se le quiera dotar a cada uno. También, se definen las restricciones.
Referencias
[1] G. Rizzoni, L. Guzzella, B. M. Baumann. Unified Modeling of Hybrid Electric
Vehicle Drivetrains. IEEE/ASME Transactions on mechatronics, 4 (1999), pp. 246257.
[2] A. Jiménez. Introducción al control óptimo. Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales. UPM (1991).
Automóviles 31 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis del funcionamiento de la transmisión
hidrostática de un vehículo todo terreno de
múltiples ejes
M. COMELLAS, X. POTAU, M. NOGUÉS, J. ROCA
Departament d’Informàtica i Eng. Industrial, Universitat de Lleida, Jaume II 69, 25001 Lleida, Spain
mcomellas@diei.udl.cat
Existen diferentes tipologías de vehículos de múltiples ejes. Desde vehículos rígidos de
tres ejes, hasta vehículos articulados de cuatro ejes con bogies y basculante con
capacidad para mover de forma independiente las ruedas respecto al chasis. Éstos
últimos proporcionan gran ventaja respecto los primeros en lo que a superación de
obstáculos y pendientes se refiere. No obstante, ésta tipología de vehículos tienen la
problemática de que poseen configuraciones de transmisión muy complejas. Cabe añadir
a esta complejidad el hecho de que los requerimientos, en cuanto a par tractor se refiere,
son muy variables en cada una de las ruedas. Este trabajo está destinado al estudio, desde
el punto de vista de prestaciones y eficiencia energética, de vehículos con esta compleja
transmisión. Se pretende definir un procedimiento a seguir para el modelaje y análisis de
la transmisión hidrostática de vehículos todo terreno de múltiples ejes de tipología
compleja, concretar los modelos matemáticos de los elementos más característicos de
este tipo de transmisiones con la finalidad de definir un modelo global de la transmisión,
describir conceptualmente el proceso de diseño del conjunto de la transmisión [1] y
analizar las aportaciones de esta metodología en cuanto a la mejora de todo el proceso,
mostrar un ejemplo de estudio para un caso concreto y seguir el procedimiento
planteado, en el que se describe las especificaciones y requerimientos del vehiculo, la
configuración analizada y los componentes seleccionados mostrando los esquemas de
flujo de potencia y conexionado hidráulico. Se desarrolla un modelo global de la
transmisión para ser analizado en 4 posibles escenarios de operación del vehículo,
analizando la influencia de la velocidad angular de las ruedas, del par tractor transmitido,
del desequilibrio de carga en los diferentes ejes, etc., y a partir de éste se obtienen
valores cuantitativos de los flujos de potencia entre la entrada y la salida de cada uno de
los elementos de la transmisión y finalmente para su conjunto, observando como
influyen las condiciones de funcionamiento en las pérdidas de potencia, y por tanto su
rendimiento. El rendimiento global es muy dependiente de las condiciones de operación.
Referencias
[1] Yi Jianjun, Sun Yingce, Hu Diqing, Li Chenggang, A modularized design for multidrivers off-road vehicle driving-line and its performance assessment, International
Journal of Computer, Information, and Systems Science, and Engineering, 1:2
(2007), 103-109.
32 Automóviles Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio del comportamiento de módulos de
autobuses fabricados en materiales compuestos
ante ensayo de vuelco
R. GRIMALDI, E.ALCALÁ, A. MARTÍN, F.APARICIO
Instituto Universitario de Investigación del Automóvil (INSIA). Universidad politécnica de Madrid.
r.grimaldi@upm.es
Los requerimientos estructurales que hoy en día se les exigen a los autobuses y autocares
ante el desarrollo de nuevas directivas, hacen que existan la necesidad del uso de nuevos
materiales en las estructuras de los vehículo. Uno de los requerimientos mecánicos más
restrictivos a la hora de elegir nuevos materiales, es el comportamiento de estos ante
condiciones de vuelco, recogido en el Reglamento 66 de Ginebra y más recientemente en
su Revisión 1. Es en esta revisión donde se incluye parte de la masa de los pasajeros en
el cálculo de la energía requerida, lo que provoca que esta aumente entre un 25-30% con
respecto a las estructuras actuales.
Esta energía requerida para el 66R00/01, aunque también depende de las dimensiones
principales del vehículo, es directamente proporcional a su masa en vacío y a su altura
del centro de gravedad. Esto, unido a la necesidad actual de disminuir consumos y
emisiones, hace que la necesidad de disminuir la masa en los vehículos con el uso de
nuevos materiales compuesto de bajo peso, sea imperiosa.
Uno de los métodos de validación propuesto en el Reglamento 66 es el ensayo de vuelco
de un módulos o módulos representativos de la estructura de los autobuses, que consiste
en posicionar un modulo en una plataforma basculante e inclinarlo hasta que alcanzar el
punto de equilibrio, de manera que el modulo vuelque e impacte contra una superficie
plana.
En esta ponencia se realiza un estudio del comportamiento de la estructura de un
vehículo de material compuesto, sometido a un ensayo de vuelco, se presentará los
resultados obtenidos de los diferentes sensores instalados y se analizará su
comportamiento ante dichas condiciones.
Referencias
[1] Reglamento Nº66R01
[2] LITEBUS, Proyecto Europeo englobado dentro del sexto programa marco (20062009)
Automóviles 33 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evolución de los niveles de emisiones
contaminantes con la antigüedad del vehículo
A. GONZÁLEZ
Inspecciones de Murcia, S.A.
agoncar@um.es
M. ALARCÓN
Dpto. Mixto. Universidad de Murcia
mariano@um.es
F.C. GÓMEZ DE LEÓN
Dpto. de Ingeniería de la Información y las Comunicaciones. Universidad de Murcia
gdleon@um.es
El Real Decreto 1987/1985 establecía para toda España la inspección Técnica obligatoria
para los vehículos. Posteriormente la Directiva europea 96/96/CE establecía los
procedimientos de inspección de los vehículos equipados con motor de encendido por
explosión y los equipados con motor de encendido por compresión, estableciendo
también los valores límite aceptables en función de la antigüedad del vehículo.
Dichos procedimientos vienen recogidos en el Manual de procedimiento de inspección
de las estaciones ITV, de obligado cumplimento en la red de Estaciones de Inspección
Técnica de Vehículos en todo el territorio del Estado Español, el cual no ha sido
revisado desde Junio del año 2006.
El cumplirse más de tres años desde su última revisión, la cantidad de inspecciones
realizadas permite obtener algunas conclusiones respecto a la evolución de las emisiones
contaminantes en los vehículos en función de la antigüedad de los mismos.
A partir de datos recogidos en Inspecciones Técnicas de Vehículos, se ha estudiado la
influencia de la antigüedad del vehículo en las emisiones del motor, distinguiendo entre
los tipos más usuales en turismos (gasolina y diésel) y los distintos tipos de
contaminantes. La relación entre los defectos existentes, la antigüedad del parque de
vehículos y la entrada en vigor de las normas anticontaminación europeas, también se ha
estudiado. Se observa, en general, como la desviación en las emisiones, respecto de los
valores de base, aumenta con la antigüedad del vehículo y cómo los vehículos con motor
de gasolina (ciclo Otto) presentan mayor desviación que los motores de gasóleo (ciclo
Diésel).
Referencias
[1] AUTOFORE Project. Study on the Future Options for Roadworthiness Enforcement
in the European Union. (http://www.cita-vehicleinspection.org).
[2] VV.AA. “Manual de Procedimiento de inspección de las Estaciones ITV”.
Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.
[3] Real Decreto 224/2008, de 15 de febrero, sobre normas generales de instalación y
funcionamiento de las estaciones de inspección técnica de vehículos.
34 Automóviles Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis experimental del oleaje en camiones
cisterna
A.L. MARTÍN, E. ALCALÁ, D. ARRIBAS, F. APARICIO
INSIA-UPM (Instituto Universitario de Investigación del Automóvil de la Comunidad de Madrid)
angel.martin@upm.es
Conocer las frecuencias naturales de vibración del oleaje en camiones cisterna es un
factor importante para evaluar el comportamiento de los vehículos en su circulación, por
cuanto se debe de evitar la posible aparición de fenómenos de resonancia entre el oleaje
y la dinámica del vehículo. Su determinación precisa no es posible de manera analítica,
por cuanto no existen soluciones de la ecuación de campo, por lo que es necesario
recurrir a la experimentación. Ésta puede ser difícil de realizar a tamaño real, por lo que
es necesario utilizar las leyes de semejanza para reproducir experimentalmente el
comportamiento del fluido mediante maquetas a escala.
Este artículo se describe el trabajo experimental realizado para determinar las fuerzas
dinámicas producidas por el oleaje de la carga líquida en un camión cisterna, empleando
modelos a escala del tanque. Como variables consideradas en el análisis están, la
geometría de la cisterna (rectangular, circular, ovalada y elíptica) y el factor de llenado.
Los tanques se someten a una excitación lateral por medio de un cilindro hidráulico, a
distintas frecuencias y amplitudes. El objetivo del trabajo es determinar la influencia que
estas cargas dinámicas originadas por el oleaje del líquido en el depósito puede tener
sobre la estabilidad del vehículo.
Mediante tratamiento de los datos experimentales, se pueden obtener no sólo las fuerzas
dinámicas del oleaje, sino también las frecuencias naturales de vibración y los
amortiguamientos, para los que no existe una solución analítica.
Se propone además una metodología validada, para evaluar de forma aproximada la
frecuencia natural de vibración de cada uno de los tanques en función de su geometría y
del factor de llenado, sin necesidad de realizar ensayos, que posibilita la evaluación
analítica aproximada de las acciones dinámicas producidas por el oleaje del líquido en el
interior del tanque, empleando analogías mecánicas para reproducir su comportamiento.
Referencias
[1] J.A. Romero, et Al. Natural sloshing frequencies of liquid cargo in road tankers.
International Journal of _Heavy Vehicle Systems Volume 12, Number 2 / 2005
Pages: 121-138.
[2] Rakheja, S. et Al. Influence of tank cross-section and road adhesion on dynamic
response of partly-filled tank trucks under braking-in-a-turn. Heavy vehicle
systems. Int. Journal Veh. Dyn., 2002, 9(3), 223-240.M.J. Neale, M. Gee, Guide to
wear problems and testing for industry, Willian Andrew Publishing, 2001
Automóviles 35 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Desarrollo de una herramienta para sistemas de
ayuda avanzada a la conducción en intersecciones
D. GALLEGOS1, F. LIESA2, O. MUÑOZ3
1
Cátedra Applus+ en Seguridad del Automóvil. Universidad Politécnica de Cataluña.
2
Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad Politécnica de Cataluña.
3
Applus+ IDIADA. Departamento de Electrónica.
dgallegos@appluscorp.com
El proyecto tiene el principal objetivo de desarrollar una nueva herramienta de ensayo
para sistemas avanzados de ayuda a la conducción en intersecciones [1], para ensayar
sistemas de detección de peatones. Así mismo, también se desarrollan todos los
componentes de la instalación de ensayo y del peatón que será utilizado como objetivo
en los ensayos. El peatón diseñado simula el comportamiento y la secuencia cinemática
de movimientos de las extremidades inferiores de una persona cuando camina. Así
mismo, el peatón diseñado es detectable por las tres principales tecnologías que se
utilizan en los sistemas de detección de peatones incorporados en los vehículos, y que
son Radar [2], Lidar [3][4] y Cámaras. El conjunto de la instalación tiene el propósito de
llenar el campo de la regulación, llegando a la estandarización de las herramientas y
procedimientos de ensayo dentro de las tecnologías de sistemas avanzados de ayuda a la
conducción. Todas estas tecnologías y sistemas, de reciente aparición en el mercado,
están experimentando un desarrollo muy importante en los últimos años, representando
uno de los principales campos de investigación y desarrollo en el sector de automoción.
El proyecto se ha desarrollado por la Cátedra Applus+ en Seguridad del Automóvil y
Applus+ IDIADA, creando sinergias entre universidad y empresa en actividades de
investigación y desarrollo.
Referencias
[1] Investigación en la protección de peatones a partir del estudio en profundidad de
accidentes de tráfico, 2008
[2] Merril, I. Introduction to radar systems. Boston, McGraw-Hill, 2001
[3] Dereniak, E. Infrared detectors and systems. New York, John Wiley & Sons, 1996
[4] Weitkamp, C. Lidar: range-resolved optical remote sensing of the atmosphere. New
York. Springer, 2005
36 Automóviles Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Validación de un modelo analítico de predicción del
comportamiento de generadores de gas para
sistemas de retención inflables
E. ALCALÁ, A. MARTÍN, D. ARRIBAS, F. APARICIO
INSIA. Universidad Politécnica de Madrid.
enrique.alcala@upm.es
Uno de los componentes claves para el funcionamiento de un sistema de retención
inflable es el generador de gas. Esta importancia se debe, principalmente, a que es el
único componente activo de los sistemas airbag. Es conocido que cada nuevo modelo de
coche requiere un proceso nuevo de desarrollo del sistema de retención. En este proceso
de desarrollo habitualmente demanda un ajuste de la prestación del generador para
optimizar el comportamiento del sistema completo. Con frecuencia, el número de
configuraciones disponibles de la fabricación en serie o prototipo no cubre todo el rango
deseado de cada parámetro de diseño, presión máxima, velocidad de aumento de presión,
flujo másico, temperatura etc. Así mismo, el tiempo necesario para la fabricación de una
configuración concreta de un generador de gas puede demorarse desde unos días a varios
meses, dependiendo de la magnitud de las modificaciones que se requieran para su
fabricación. Este proceso puede acortarse significativamente mediante un proceso de
simulación que sea capaz de predecir con precisión. El presente trabajo describe un
nuevo modelo analítico de un generador de gas pirotécnico desarrollado en
Matlab/Simulink. La ventaja de seleccionar este software es que puede conectarse
directamente con los principales softwares de simulación de crash actualmente
disponibles en el Mercado. Así mismo, la utilización de técnicas de modelización
mediante bloques permiten añadir fácilmente nuevas capacidades al modelo. El modelo
ha sido desarrollado para reproducir las prestaciones de un generador medidas en el
conocido ensayo en tanque cerrado. Por último, para garantizar la predictibilidad del
modelo se ha validado mediante: (1) La comparación de los resultados teóricos con el
resultado más probable determinado mediante los resultados desarrollados durante un
año de producción en serie de un generador concreto. (2) La comparación de los límites
de variación de las prestaciones en tanque. Estos límites se han obtenido mediante un
análisis de Montecarlo aplicado con el modelo desarrollado. Los Buenos resultados
obtenidos de las dos comparaciones previas permiten aceptar el presente modelo como
un modelo predictivo de las prestaciones de generadores de gas pirotécnicos.
Referencias
[1] E. Alcalá. y otros. Analytical Matlab/Simulink model of pyrotechnical gas
generators for airbags. International Journal of Crashworthiness. Vol. 14, No. 6,
December 2009, 641–657
[2] R. Andry, JP Nuret Bag Inflation Capacity of Gas Generators for Airbags. IPASS
Symposium 2005.
[3] Brett Hussey. Theoretical Optimization and Variability Characterization of
Automobile Airbag Inflators. IPASS Symposium 2005.
Automóviles 37 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de datos de frenada de un vehículo sobre
banco de rodillos de itv y suelo plano variando el
peso en el eje delantero y la presión de los
neumáticos
C. SENABRE, E. VELASCO, S. VALERO
Universidad Miguel Hernández, Dpto. Ing. Sistemas Industriales Elche, España.
csenabre@umh.es
El presente artículo muestra los resultados de la investigación llevada a cabo en el
laboratorio de ingeniería mecánica de la Universidad Miguel Hernández, sobre la
comparación cualitativa y cuantitativa de los datos de frenada longitudinal y de
deslizamiento obtenidos de las mediciones efectuadas sobre un banco de frenada de
Inspeccion Técnica de Vehículos (frenómetro de ITV) y sobre calzada plana [2].
Los datos de frenada obtenidos de la presión ejercida en el sistema de frenos en relación
con el deslizamiento [1], se han comparado en ambos ensayos (en pista y en itv) y se
presentan las diferencias al variar los distintos parámetros tales como: la presión de
inflado del neumático, y peso en eje delantero, etc.
Además se estudia matemáticamente la formulación que expresa la conversión de los
bares de frenada en dicho circuito de frenos en la eficacia de frenado real de ambos
ensayos (sobre rodillos y sobre suelo plano) que nos permitirá extrapolar teoricamente la
frenda a un mayor rango de variación de los parámetros estudiados (el peso y la presión
de inflado del neumático) [3].
Los resultados experimentales de esta investigación han puesto de manifiesto la
influencia de prámentros tales como el peso y la presión de inflado del neumático en las
medidas del esfuerzo de frenada sobre banco de ITV y justifica la necesidad de revisar el
procedimiento de inspección de la capaciadad de frenado de un vehículo en ITV, así
como un rediseño del frenómetro.
Referencias
[1] F. Aparicio y C. Vera, Teoría de los vehículos automóviles (2), (2001) p. 69.
[2] J. C. Dixon, Tires, Suspension and Handing, Society of Automotive Engineers, Inc.
The Open University, Great Britain, 1996
[3] C. Vera Álvarez, F. Aparicio Izquierdo, J. Félez Mindan, V. Díaz López. Diseño y
cálculo del sistema de frenos en automóviles.
[4] Hans B. Pacejka, Tire and vehicle dynamics.
[5] Hyo-Jun Kim, Young-Pil Park. “Investigation of robust roll motion control
considering vary speed and actuator dynamics”. Mechatronics, nº 14, 2004, 35-54
38 Automóviles Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de variables geométricas del parachoques
delantero del vehículo en la protección de peatones
1
D. GALLEGOS1, F. LIESA2
Cátedra Applus+ en Seguridad del Automóvil. Universidad Politécnica de Cataluña.
2
Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad Politécnica de Cataluña.
dgallegos@appluscorp.com
La protección de peatones es uno de los principales campos de investigación dentro de la
seguridad del automóvil y un campo importante de innovación en el sector de
automoción [1]. Las estadísticas de accidentes indican que cada año mueren 6000
personas en Europa como consecuencia de un atropello. Las extremidades inferiores se
representan en los ensayos de protección de peatones por un impactor, existiendo el
impactor lower legform del TRL y el impactor Flex-PLI [2]. Las magnitudes que mide y
los límites biomecánicos admisibles son [3],[4]:
-
Aceleración vertical, con un límite de 1.500 m/s2.
Ángulo provocado por el momento flector entre tibia y fémur, con un límite de 15º.
Desplazamiento entre tibia y fémur provocado por el esfuerzo cortante, con un valor
límite de +/- 6 mm.
El objetivo del proyecto es obtener un modelo simplificado representativo del
comportamiento del modelo real para analizar la relación entre las variables geométricas
y de materiales del frontal del vehículo con los resultados obtenidos en los ensayos. El
procedimiento de cálculo utilizado es el método de los elementos finitos con software de
malla dinámica y las variables principales analizadas son:
-
Distancia longitudinal entre el punto de contacto en rodilla y el punto de contacto en
la zona inferior de la tibia.
Distancia longitudinal entre el punto de contacto en rodilla y el punto de contacto en
la zona superior del fémur.
Distancia vertical entre los tres puntos de contacto.
Materiales utilizados en el conjunto.
Referencias
[1] Bakker, J.; Bürkle, R.; Herrmann, R.; Scheerer, J., Pedestrian protection in Europe:
the potential of car design and impact testing (2007).
[2] Lawrence, G.J.L.; Hardy, B.J., Pedestrian Safety testing using the EEVC Pedestrian
Impactors, Transport Research Laboratory, Paper number: 98-S10-O-03.
[3] EuroNCAP, Pedestrian impact assessment (2008).
[4] Kajzer, J. et al. Shearing and bending effects at the joint at low speed lateralloading.
Occupant protection (SAE-SP-1432). SAE Report nº1999-01-0712, 129-40.
Automóviles 39 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Simulación de la marcha humana mediante
optimización paramétrica
D. GARCÍA-VALLEJO
Dpto. Ingeniería Mecánica y de los Materiales. Universidad de Sevilla. C/ Camino de los Descubrimientos
S/N, 41092 Sevilla.
dgvallejo@us.es
La simulación de la marcha humana es un complejo problema dinámico en el que el
sistema músculo-esquelético se modela como un mecanismo redundantemente actuado
de acuerdo a consideraciones energéticas. La redundancia es debida a que el número de
músculos que contribuyen al movimiento es generalmente mayor que el número de
articulaciones sobre las que se actúa. Por otro lado, las consideraciones energéticas se
deben a que el sistema nervioso central trata de reclutar a los músculos que actúan sobre
el esqueleto de forma que el coste metabólico total sea lo menor posible, sobre todo
cuando se trata de caminar largas distancias.
Para obtener el conjunto de fuerzas musculares responsables del movimiento a partir de
modelos computacionales es común el uso de técnicas de optimización. De esta forma, el
coste metabólico de la marcha humana se modela mediante expresiones matemáticas que
pueden usarse como función objetivo de un problema de optimización con restricciones.
Dichas restricciones expresan la satisfacción de las ecuaciones de movimiento, de las
restricciones cinemáticas, así como de otras restricciones físicas y fisiológicas.
Cuando se trata de simular la marcha humana, el método más usado es el conocido como
optimización dinámica, en el que se integran las ecuaciones de movimiento y se calcula
el coste energético una vez por cada iteración del algoritmo de optimización, lo que
supone un coste computacional muchas veces prohibitivo [1]. Sin embargo, el problema
puede formularse completamente como un problema de optimización paramétrica si se
parametrizan las fuerzas musculares y las coordenadas usadas para describir el
movimiento y se busca el valor óptimo de estos parámetros que minimiza el coste
metabólico [2]. De esta forma, se evita la integración de las ecuaciones de movimiento
repetidas veces con lo que se consigue reducir el coste computacional substancialmente.
En este trabajo se utiliza el esquema de optimización paramétrica propuesto por
Ackermann [2] para estudiar modelos tridimensionales de la marcha. Además, se
sugieren ciertas modificaciones de este esquema que aumentan su eficiencia
computacional y lo hacen más robusto y competitivo.
Referencias
[1] F. Anderson and M. Pandy, “Dynamic optimization of human walking”, Journal of
biomechanical Engineering, 123 (2001), 381-390.
[2] M. Ackermann. Dynamics and energetics of walking with prostheses, PhD thesis,
Institut für Technische und Numerische Mechanik, Stuttgart (2007).
40 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comparación de leyes de control para la predicción
dinámica del movimiento humano usando bases de
datos
I. PASCIUTO, A. VALERO, S. AUSEJO, J. T. CELIGÜETA
CEIT y Tecnun (Universidad de Navarra)
ipasciuto@ceit.es
Los modelos multicuerpo del cuerpo humano y la predicción realista de sus movimientos
son elementos cada vez más importantes en el diseño de nuevos productos, sobre todo en
sus primeras fases, por la reducción que conllevan en los tiempos y los costes de diseño.
Los métodos para predecir el movimiento humano se pueden dividir en los que toman
como referencia movimientos reales procedentes de una base de datos y en los que
prescinden de ella. Los primeros apoyan el realismo del movimiento predecido en los
movimientos reales de los que disponen; los segundos, en una función objetivo que
represente la ley que inconscientemente dirige el movimiento del sujeto. Los métodos de
predicción actuales que utilizan bases de datos pueden basarse en métodos estadísticos
[1] o métodos de optimización [2] y solo realizan predicciones cinemáticas del
movimiento. Por otro lado, los que prescinden de bases de datos se basan en métodos de
optimización y realizan predicciones dinámicas [3]. Una limitación de la predicción
cinemática es que, al no considerar la dinámica, no tiene en cuenta magnitudes
significativas, como pueden ser los pares en las articulaciones. Por otro lado, la
predicción dinámica que no emplea bases de datos, al no utilizar movimientos reales
como referencia, suele generar movimientos poco naturales. En este artículo se propone
un método que busca superar estas limitaciones, realizando una predicción dinámica del
movimiento humano basada en bases de datos y en una función objetivo que tenga en
cuenta magnitudes dinámicas significativas.
El método presentado permite predecir el movimiento que un sujeto de determinadas
características antropométricas ejecutaría para cumplir un objetivo específico. En la base
de datos de movimientos disponible se selecciona el movimiento del sujeto más parecido
al que se quiere representar. El movimiento seleccionado es modificado para cumplir el
nuevo objetivo propuesto a la vez que se minimiza una función objetivo dinámica
relativa a la globalidad del movimiento, en lugar de evaluar cada fotograma por
separado. El método se valida comparando las repeticiones de un mismo movimiento
realmente ejecutadas por un sujeto con el movimiento predicho para ese sujeto a través
del método presentado.
Referencias
[1] J .J. Faraway. Regression analysis for functional response, Technometrics, 3 (1997),
254-261.
[2] G. Monnier et al. A motion simulation tool for automotive interior design,
Handbook of Digital Human Modeling, (2009), 31.1-31.14.
[3] J. H. Kim et al. Prediction and analysis of human motion dynamics performing
various tasks, Int. J. Human Factors Modelling and Simulation, 1 (2006), nº1, 69-94.
Biomecánica 41 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Efectos del error en las mediciones de la fuerza de
contacto pie-suelo en el análisis dinámico inverso
de la marcha humana
R. PÀMIES-VILÀ, J.M. FONT-LLAGUNES
Dept. Ingeniería Mecánica. Universitat Politècnica de Catalunya
rosa.pamies@upc.edu
J. CUADRADO
Dept. Ingeniería Industrial II. Universidad de La Coruña
javicuad@cdf.udc.es
F.J. ALONSO
Dept. Ingeniería Mecánica, Energética y de los Materiales. Universidad de Extremadura
fjas@unex.es
Las técnicas de la dinámica de sistemas multicuerpo han sido ampliamente utilizadas en
la última década para el análisis dinámico inverso (ADI) de la marcha humana [1]. El
ADI permite calcular los momentos en las articulaciones, resultado de la acción
muscular, a partir del movimiento conocido y de los parámetros antropométricos del
modelo. Este análisis es importante para la detección de patologías y para el diseño de
dispositivos asistenciales.
En algunos estudios biomecánicos, además del movimiento del cuerpo, se utiliza la
fuerza de contacto pie-suelo –medida con una placa de fuerza– como parámetro de
entrada del ADI. En este caso, no se tiene en cuenta que esta fuerza es un resultado del
análisis. Esta práctica conduce a resultados inconsistentes si los datos de la placa de
fuerza contienen error. El objetivo de este trabajo es conocer el efecto de este error en
los momentos articulares.
En este trabajo se utiliza un modelo biomecánico formado por 10 segmentos rígidos
unidos entre sí mediante articulaciones de revolución. Sus parámetros antropométricos
se han obtenido de la literatura. El ADI se formula mediante una metodología
multicuerpo y se utilizan funciones analíticas para definir las restricciones reónomas que
guían el movimiento del cuerpo. Al conocer sin incertidumbre la posición, velocidad y
aceleración de cada segmento, los efectos de los errores en las mediciones de la placa de
fuerza se pueden analizar independientemente de otros posibles errores que aparecen en
la captura de movimiento como los expuestos en [2]. En un primer análisis, se calcula la
fuerza de contacto pie-suelo como resultado del ADI. Posteriormente se añade un error a
esta fuerza y se introduce como entrada del ADI. Se utilizan distintas distribuciones
estadísticas para simular los posibles errores presentes en la placa (sistemáticos y
aleatorios) con el fin de comprobar si los momentos en las articulaciones se ven
afectados.
Referencias
[1] J. Ambrósio y A. Kecskeméthy, Multibody Dynamics of Biomechanical Models for
Human Motion via Optimization. In Multibody Dynamics: Computational Methods
and Applications (Netherlands, 2007), 245-272.
[2] H. Hatze, The fundamental problem of myoskeletal inverse dynamics and its
implications. Journal of Biomechanics, 35 (2002), 109-115.
42 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Simulación del control híbrido de un modelo
simplificado de órtesis activa para ayuda a la
marcha
S.H. HOSSEINNIA, B.M. VINAGRE, F.J. ALONSO
Universidad de Extremadura, Badajoz. España
shossein@alumnos.unex.es, bvinagre,fjas@unex.es
G. ZAHORCAK
Technical University of Kosice, Kosice, Slovak Republic
gabriel.zahorcak@tuke.sk
De acuerdo con la “Encuesta de Discapacidad, Autonomía personal y situaciones de
Dependencia (EDAD)" de 2008, sólo en España, aproximadamente 1.5 millones de
personas tienen dificultades para caminar como resultado de accidentes, lesiones
medulares, parálisis cerebral o síndrome postpolio. Este tipo de lesionados pueden
mover sus piernas pero no son capaces de caminar adecuadamente debido a la debilidad
de sus músculos, y podrían mejorar notablemente sus condiciones de vida con el uso de
órtesis activas. Entre estas órtesis, son de gran interés las de tipo SKAFO (Stance-control
Knee-Ankle-Foot Orthosis), al permitir el movimiento de la rodilla durante la fase de
balanceo (swing) y bloquearlo durante la fase de apoyo (stance), haciendo así posible
una marcha más natural. El control de estos dispositivos debe contemplar, para cada
pierna, varias fases o estados caracterizados por distintas dinámicas, amén de supervisar
y coordinar el movimiento de las dos piernas. Así pues, se puede modelar el sistema
completo como un sistema híbrido, donde interactúan las dinámicas continuas
correspondientes a los modelos de los miembros y articulaciones, con la dinámica de
eventos discretos correspondiente a las distintas fases o estados de funcionamiento de la
órtesis y a las transiciones entre ellos. En este marco, subsistemas modelados como
máquinas de estados finitas (fase de apoyo simple o doble apoyo, rodilla bloqueada o
desbloqueada, etc.) interactúan con controladores y procesos modelados por ecuaciones
diferenciales o en diferencias (actuación de la rodilla, ecuaciones del movimiento del
sistema), es decir, se mezclan la toma de decisiones con la generación de leyes de
control continuas. El control de sistemas híbridos ha jugado un papel importante en
aplicaciones de aviónica, automoción, automatización de autopistas, control y
coordinación de vehículos autónomos, gestión de tráfico, control de procesos industriales
y de fabricación, robótica, etc.
El propósito de este trabajo es el diseño y simulación de un controlador de un modelo
simplificado de órtesis activa para ayuda a la marcha de lesionados medulares,
considerando el sistema como híbrido.
Referencias
[1] T. Yakimovich, E. D. Lemaire, J. Kofman. Engineering desing review of stancecontrol knee-ankle-foot orthoses, JRRD, 46,2 (2009), 257-267.
[2] D. Hristu-Varsakelis, W. S. Levine (Eds), Handbook of Networked and Embedded
Control Systems. Birkhäuser, Boston 2005.
Biomecánica 43 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comparación de métodos de reconstrucción del
movimiento basados en coordenadas naturales y
relativas
A. VALERO, I. PASCIUTO, S. AUSEJO, J.T. CELIGÜETA
CEIT y Tecnun (Universidad de Navarra)
avalero@ceit.es
La reconstrucción del movimiento es una técnica ampliamente utilizada en distintos
campos como la ergonomía, biomecánica, animación y entretenimiento. Cualquier
método que permite calcular la posición y orientación de los segmentos de un sistema
multicuerpo a partir de datos de captura del movimiento puede denominarse como
método de reconstrucción del movimiento. El problema de reconstrucción del
movimiento se formula normalmente como un problema de cinemática inversa que
habitualmente está sobredeterminado, es decir, se disponen de más datos que los
estrictamente necesarios para definir la postura del sistema multicuerpo. Por ello, será
necesario resolver un problema de optimización más o menos complicado dependiendo
de la elección del tipo de coordenadas. Un sistema multicuerpo se puede definir
mediante diferentes tipos de coordenadas. Para coordenadas relativas y un sistema
multicuerpo con cadenas abiertas el problema de optimización resultante es no lineal sin
restricciones. Sin embargo, si el sistema tiene alguna cadena cerrada, el problema de
optimización es no lineal con restricciones. En el caso de utilizar coordenadas naturales
[1] el problema de optimización es siempre no lineal con restricciones
independientemente de la topología del sistema. Cuando se utilizan coordenadas
naturales la función objetivo es cuadrática y las ecuaciones de restricción de igualdad
son lineales o cuadráticas. Si se utilizan coordenadas relativas la función objetivo es
altamente no lineal y en los casos de que existan ecuaciones de restricción de igualdad,
sistemas con cadenas cerradas, estas serán también altamente no lineales. Además, un
sistema multicuerpo se define con un mayor número de coordenadas naturales que de
coordenadas relativas. Por tanto, con coordenadas naturales se debe resolver un
problema de optimización grande con ecuaciones simples mientras que con coordenadas
relativas se debe resolver un problema de optimización pequeño con ecuaciones
altamente no lineales.
En este artículo se comparan métodos de reconstrucción que utilizan coordenadas
naturales [2] y relativas, las más comunes en la reconstrucción del movimiento. Se
estudia qué métodos de reconstrucción son los más eficientes dependiendo del número
de segmentos y la topología del sistema multicuerpo y del algoritmo de optimización
usado.
Referencias
[1] J. García de Jalón, E. Bayo. Kinematics and dynamic simulation of multibody
systems. The real-time challenge, Springer-Verlag, (1993).
[2] Wang, X., Chevalot, N., Monnier, G., Ausejo, S., Suescun, A., Celigüeta, J.T., 2005.
Validation of a model-based motion reconstruction method developed in the
Realman Project. Actas del congreso SAE Digital Human Modeling for Design and
Engineering. Iowa City, 14-16 de Junio de 2005, Iowa, USA.
44 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Modeling and simulation of a waist-trunk system
with mass payloads
C. LIANG, M. CECCARELLI
LARM: Laboratory of Robotics and Mechatronics, DiMSAT, University of Cassino, Italy
{Liang.conghui,Ceccarelli}@unicas.it
N.E. NAVA
RoboticsLab, Universidad Carlos III of Madrid, Spain
nnava@ing.uc3m.es
In this paper, modeling is proposed for simulating the functionality of a new waist-trunk
system for humanoid robots. A 3D model of the proposed waist-trunk system has been
elaborated in the MSC.ADAM® environment with the aims to investigate its dynamical
operation feasibility and to characterize operation performances. Motion algorithms have
been developed in the Simulink® environment for parameters tuning and they are used
in the ADAMS model to simulate predefined movements. Dynamic simulation has been
carried out in order to imitate a lateral-bending movement of human torso. Dynamical
operation performances of the simulated ADAMS model have been characterized in
terms of displacements, velocities, accelerations, actuation forces, and reaction forces.
Simulation results have been reported and discussed for the purposes of mechanical
design improvements and operational programming
Fig. 1 shows a whole view of a 3D model that has been elaborated in the
MSC.ADAMS® environment. Fig. 2 shows the snapshots of a lateral-bending
movement during a simulation.
Fig. 1
Fig.2
References
[1] C. Liang, M. Ceccarelli. Design and Simulation a Waist-Trunk System for a
Humanoid Robot, In proceedings of the 18th CISM-IFToMM Symposium on Robot
Design, Dynamics, and Control, (2010), 217-225.
Biomecánica 45 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Cálculo de esfuerzos musculares en la marcha
humana mediante optimización estática-fisiológica
F.J. ALONSO, G. GALÁN-MARÍN, D.R. SALGADO
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Universidad de Extremadura
fjas@unex.es
R. PÀMIES-VILÀ, J.M. FONT-LLAGUNES
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Universidad Politécnica de Cataluña
josep.m.font@upc.edu
La determinación de las fuerzas musculares que intervienen en una actividad física es
uno de los problemas más importantes de la biomecánica del movimiento humano [1-3].
El cuerpo humano es un sistema sobreactuado: posee más músculos que los
estrictamente necesarios para actuar los grados de libertad del sistema esqueletar. Como
resultado, las ecuaciones del movimiento del sistema esqueletar no bastan para
determinar las fuerzas musculares de forma unívoca. Para resolver la indeterminación, se
plantea un problema de optimización basado en el comportamiento del sistema nervioso
central y el sistema muscular. En general, las técnicas propuestas se clasifican en función
de que el problema de optimización sea estático (asociado al análisis dinámico inverso) o
dinámico (asociado al análisis dinámico directo). La solución clásica, que emplea
optimización estática, es rápida y eficiente, pero no tiene en cuenta la dinámica del
comportamiento fisiológico del músculo. Los esquemas de optimización dinámica, por
su parte, consideran la fisiología muscular, pero son muy costosos desde el punto de
vista computacional.
En este artículo se presenta un nuevo esquema de optimización estática que incluye la
fisiología muscular (dinámicas de excitación, activación y contracción muscular) en las
restricciones del problema de optimización. Este esquema se aplica a la determinación
de los esfuerzos musculares del tren inferior durante la marcha. El modelo biomecánico
plano empleado está compuesto por 10 segmentos anatómicos actuados por unidades
músculo-tendón de Hill.
Referencias
[1] M. Ackermann, W. Schiehlen. Dynamic analysis of human gait disorder and
metabolical cost estimation, Arch. Appl. Mech., 75 (2006), 569-594.
[2] S. E. Rodrigo, J. A. C. Ambrósio, M. P. T. Silva, O. H. Penisi, Analysis of Human
Gait Based on Multibody Formulations and Optimization Tools, Mechanics Based
Design of Structures and Machines, 36 (2008), 446-477.
[3] G. Pipeleers, B. Demeulenaere, I. Jonkers, P. Spaepen, G. Van der Perre, A.
Spaepen, J. Swevers, J. De Schutter. Dynamic simulation of human motion:
numerically efficient inclusion of muscle physiology by convex optimization, Optim.
Eng., 9 (2008), 213-238.
46 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Función objetivo en problemas de redundancia
muscular. Aspectos biológicos y computacionales.
J. OJEDA, J. MAYO, J. MARTÍNEZ-REINA
Dpto. Ingeniería Mecánica y de los Materiales Universidad de Sevilla
joaquinojeda@us.es
En la estimación de las fuerzas necesarias para realizar un determinado movimiento
conocido (bien sea impuesto por ecuaciones o medido experimentalmente), también
llamada “Problema de redundancia en Biomecánica” [1], diversas metodologías han sido
propuestas para su resolución [2] siendo las técnicas de optimización las más empleadas
[3-5].
Al plantear el problema de optimización es posible encontrar en la literatura una gran
variedad de funciones objetivos atendiendo a diversos criterios, ya sea minimizar la
fatiga muscular, la fuerza muscular instantánea activa o pasiva, el nivel de activación de
los músculos o el coste metabólico. Este amplio abanico de posibilidades pueden ser
clasificadas atendiendo a dos criterios. En primer lugar, que sean funciones objetivo
instantáneas o integrales. En segundo lugar, teniendo en cuenta el grado de fidelidad
respecto a la Biología del sistema.
Es el objetivo de este trabajo hacer un estudio comparativo de varias funciones objetivo
con el propósito de discriminar cuál puede ser más eficiente según el problema tratado.
En este caso se ha estudiado las fuerzas producidas por los músculos de la pierna
derecha de un hombre al realizar una flexión de la misma empleando un algoritmo de
optimización estática que tiene en cuenta la dinámica de contracción muscular. Los datos
de movimiento han sido tomados mediante un sistema de captura de movimiento
VICON®.
Los resultados muestran que para una primera estimación de las fuerzas, funciones
objetivo instantáneas que incluyan las fuerzas musculares como variables independientes
en la optimización dan una solución suficientemente válida para el movimiento
estudiado y son muy sencillas de implementar.
Referencias
[1] G. T. Yamaguchi, D. W. Moran. Performing whole-body simulations of gait with 3D, dynamic musculoskeletal models, Multiple Muscle Systems, New York:
Springer-Verlag, 1990, cap. 43, 663-679.
[2] D. Tsirakos, V. Baltzopoulos, R. Bartlett. Inverse optimization: functional and
physiological considerations related to the force-sharing problem, Critical Reviews
in Biomedical Engineering, 25 (1997), 371-407.
[3] F. C. Anderson, M. G. Pandy. Static and dynamic optimization solutions for gait are
practically equivalent, J. Biomech., 34 (2001), 153-161.
[4] B. M. Nigg, W. Herzog. Biomechanics of the musculo-skeletal system. New York:
Wiley, 2007 (3ª edi.).
[5] J. E. Pierce, G. Li. Muscle forces predicted using optimization methods are
coordinate system dependent, J. Biomech., 38 (2005), 695-702.
Biomecánica 47 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio comparativo de un modelo de fractura
vertebral entre ensayos mecánicos y simulaciones
de modelos de elementos finitos
M.T. CARRASCAL, A. ALONSO, M.L. CANCA
Dpto. Ingeniería Mecánica. UNED
mcarrascal@ind.uned.es
E. MANRIQUE
Servicio de Traumatología y Cirugía Ortopédica. Hospital Clínico San Carlos, Madrid
En este trabajo se valoran los resultados obtenidos entre los ensayos mecánicos a
compresión realizados en el cuerpo vertebral de la vértebra lumbar L3, y las
simulaciones realizadas mediante elementos finitos sobre modelos de la misma vértebra
lumbar, una a partir de la imagen obtenida en un CT y otra simulando el cuerpo vertebral
con una geometría mas sencilla. Sobre el cuerpo vertebral se aplica la misma carga que
la soportada por la vértebra en un ensayo estático, en los dos casos. Los resultado
obtenidos entre el ensayo mecánico y las simulaciones fueron significativas con una p <
0.05. Este experimento se diseñó para evaluar el comportamiento biomecánico de
diferentes biomateriales inyectados en las vértebras lumbares: PMMA, fosfato tricálcico,
fosfato tricálcico más proteína morfogenética ósea (rhBMP-2 y rhBMP-7) y aspirado de
médula ósea más fosfato tricálcico, con el fin de activar el proceso reparador óseo y
evaluar las característica biomecánicas a lo largo del tiempo desde su implantación. En
la vértebra lumbar elegida (L3) se realiza un orificio con fresa de alta velocidad en la
cara anterior del cuerpo vertebral, practicándose un defecto óseo para eliminar el hueso
esponjoso hasta llegar a la cortical opuesta; orificio que se rellena con el biomaterial a
evaluar.
Referencias
[1] Hg J., Cha H., Park Y., Lee S., Khang G. And Kim Y. Elastic moduli and Poisson’s
ratios of microscopic human femoral trabeculae. IFMBE Proceeding, vol. 16, pp
274-277, 2007.
[2] Alvarez Galovich L.; Pérez Higueras A.; Rodríguez Altonaga J.; Gonzalo Orden, J.
M., Carrascal Morillo M.T.; Mariñoso Barba, M., De Miguel Herrero, I. Validación
de un modelo animal para el estudio de diferentes procedimientos en el tratamiento
de la fractura vertebral osteoporótica. X Congreso Iberolatinoamericano de
columna (SILACO) y XXI Congreso Nacional de la Sociedad para el estudio de las
Enfermedades del Raquis “GEER”. Actas del Congreso, 2007.
[3] Alien R.T., Lee Y.P., Stimson E., Garfio S.R. Bone morphogenetic protein-2 (BMP2) in the treatment of pyogenic vertebral osteomielitis. Spine, vol. 32, pp 2996-3006,
2007.
[4] Bae Hyun W., Li Zhao, Kanim E.A., Wong P., Delamarter R., Dawson E., Einhorn
T. Intervariability and intravariability of bone morphogenetic proteins in
commercially available demineralized bone matriz products. Spine, vol. 31, pp
1299-1308, 2006.
48 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio biomecánico de un nuevo sistema para
mejorar la fijación de tornillos corticales en huesos
osteoporóticos
A. YÁNEZ, J.A. CARTA, A. CUADRADO, O. MARTEL
Dpto. de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
myanez@dim.ulpgc.es
G. GARCÉS
Dpto. de Ciencia Médicas y Quirúrgicas de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
En este artículo se analiza experimentalmente la influencia que en la rigidez de los
sistemas de fijación de fracturas osteoporóticas, basados en placas de osteosíntesis, tiene
la utilización de un nuevo sistema de sujeción de los tornillos al hueso. El sistema
propuesto, que denominamos Screw Locking Element (SLE), consiste en elementos
fabricados con material polimérico biocompatible (PEEK) que actúan a modo de tuerca
de bloqueo, sujetando el extremo del vástago fileteado del tornillo, una vez que éste ha
atravesado ambas corticales óseas. Para asegurar la colocación de dichos elementos de
bloqueo, sin tener que realizar otra incisión en la zona opuesta a la de la placa durante la
intervención quirúrgica, se ha desarrollado un instrumento específico para tal fin. Dicha
herramienta facilita que el tornillo atraviese una placa de osteosíntesis y las dos
corticales óseas, y encuentre sin dificultad al SLE para roscarse en él y fijarlo contra la
cortical opuesta al orificio de entrada.
Referencias
[1] Gardner M.J., Brophy R.H., Campbell D, Mahajan A., Wright TM, Helfet D.L.,
Lorich D.G. The mechanical behavior of locking compression plates compared with
dynamic compression plates in a cadaver radius model. J. Orthop. Trauma. 2005;
19, 597-603.
[2] Snow M., Thompson G., Turner P.G. A mechanical comparison of the locking
compression plate (LCP) and the low contact-dynamic compression plate (DCP) in
an osteoporotic bone model. J Orthop Trauma 2008; 22, 121-125.
Biomecánica 49 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Determinación del modelo de hueso artificial
adecuado para la evaluación de los sistemas de
fijación de injerto de ligamento cruzado anterior
O. MARTEL, A. YÁNEZ, J.F. CÁRDENES, J.A. CARTA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
omartel@dim.ulpgc.es
G. GARCÉS
Dpto. Ciencias Médicas y Quirúrgicas. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
La reparación del Ligamento Cruzado Anterior (LCA) es una de las intervenciones más
comunes en la cirugía de rodilla. Para la fijación del injerto que servirá de sustituto al
LCA existen y se siguen diseñando numerosos dispositivos, por tanto se hace necesario
una evaluación de sus propiedades. Aunque en principio lo mejor sería utilizar datos
clínicos, esto es complicada debido a la variedad de factores que afectan a cada paciente,
lo que hace difícil obtener conclusiones relevantes. Por otro lado, se pueden usar huesos
cadavéricos, tanto de animales como humanos, sin embargo, sigue persistiendo el
problema de la variabilidad de los especímenes. Por ello, se ha planteado la posibilidad
de utilizar hueso artificial para determinar las propiedades mecánicas de los distintos
sistemas de fijación de LCA [1]. Además, el hueso sintético también facilita ensayos
limpios y no contaminados. Sin embargo, no se ha determinado cual es el mejor hueso
sintético para simular el hueso real. Asimismo, los ensayos realizados por los autores
anteriores no han utilizado el injerto, sino sólo del sistema de fijación unido al hueso.
En este estudio se plantea determinar cual de los modelos óseos artificiales simples es el
más adecuado para realizar los ensayos de evaluación de propiedades mecánicas de los
sistemas de fijación de injertos de LCA. Para ello hemos usado tres tipos de hueso
sintético formado por tacos de poliuretano de tres densidades distintas (0.48, 0.32 y 0.16
gr/cm3) recubiertos de una lámina de 0.64 gr/cm3, que simula la cortical. Como hueso de
comparación hemos utilizado hueso porcino por ser el más usado entre los
investigadores. Los sistemas de fijación ensayados han sido dos, el clásico tornillo
interferencial y un nuevo modelo basado en la expansión radial. Se han realizado un total
de 80 ensayos de tracción (pull-out test), 10 por cada tipo de material y sistema de
fijación, obteniéndose la gráfica fuerza-desplazamiento para cada uno de ellos.
Los resultados que se han obtenido permiten afirmar que las fuerzas de fijación
obtenidas para cada valor del desplazamiento son mayores en los bloques de 0.48 y 0.32
gr/cm3 que en el hueso porcino. Sin embargo, no existe diferencia significativa entre los
valores obtenidos entre el hueso porcino y los bloques de 0.16 gr/cm3. Por tanto, se
concluye que el mejor modelo óseo simple para evaluar los sistemas de fijación de
injertos de LCA es el bloque de poliuretano de 0.16 gr/cm3 recubierto.
Referencias
[1] K.P. Black, M.M. Saunders. Expansion anchors for use in anterior cruciate ligament
(ACL) reconstruction: establishing proof of concept in a bench top analysis, Med.
Eng. Phy., 27 (2005), 425-434.
50 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis cinemático y cinético de la articulación de
la rodilla en maniobras de alta demanda: bajada
escalones, quiebro y vuelta
R. MARTÍN, S. POSTIGO, F. EZQUERRO, A. PÉREZ DE LA BLANCA, M. PRADO
Dpto. Ingeniería Mecánica y Mecánica de Fluidos. Universidad de Málaga
spostigo@uma.es
Con técnicas de análisis de movimientos, basándonos en perfiles normales de las
articulaciones, es posible identificar anomalías que advierten de posibles futuros
desórdenes en las articulaciones. En concreto, estudios clínicos prospectivos han puesto
de manifiesto que alteraciones en el patrón de cargas y movimiento en la articulación
tibio-femoral puede provocar una mayor prevalencia de desarrollo de lesiones del
cartílago, anormalidades meniscales, alteraciones degenerativas tempranas del cartílago
articular y eventualmente el progreso de la artritis [2]. El ligamento cruzado anterior
(LCA) es, en gran medida, responsable de la estabilidad en la rodilla. Existen diversas
técnicas para la reparación quirúrgica del LCA cuando se produce su rotura; existiendo
todavía controversia en cuanto a los beneficios e inconvenientes, si los hubiere, de una
técnica respecto a las otras. Si bien el comportamiento cinemático y cinético de la
articulación durante la marcha ha sido estudiado en extensión, no existen suficientes
datos publicados para maniobras de mayor exigencia dinámica. A fin de proporcionar
una base de perfiles normales de movimiento para establecer comparaciones futuras, se
presentan los resultados, realizado sobre un conjunto de sujetos sanos, del análisis de dos
gestos habituales que solicitan en gran medida el LCA, el quiebro y la vuelta. En los
ensayos el movimiento de los sujetos se registra con un equipo de estéreo videogrametría
de infrarrojos y las fuerzas en la pisada con dos plataformas dinamométricas. A partir de
esos datos se ha utilizado el modelo de PlugIn Gait [1] para el cálculo de la evolución
temporal de los ángulos de flexión-extensión, abducción-aducción y rotación internaexterna, y de las fuerzas, momentos y potencias al nivel de la articulación. A modo de
ejemplo, la figura muestra el ángulo de rotación tibio-femoral para un gesto de vuelta en
un individuo sano, se observa una amplitud de movimiento de hasta 31º. El análisis de
movimiento de quiebros y vueltas en gestos de marcha humana de individuos sanos
aporta patrones normales que se emplearán como base de datos para la evaluación de
individuos tratados quirúrgicamente para la reparación del ACL
Referencias
[1] Davis 3rd RB, Ounpuu S, Tyburski D, Gage JR. A gait analysis data collection and
reduction technique, Human Movement Science, 10 (1991), 575-587.
[2] Eriksson E, Can an ACL reconstruction replicate the normal ACL? Knee Surg
Sports Traumatol Arthrosc. 13(8) (2005), 613.
Biomecánica 51 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Diseño de una órtesis activa para ayuda a la marcha
de lesionados medulares
J.M. FONT-LLAGUNES, G. ARROYO
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Universitat Politècnica de Catalunya
josep.m.font@upc.edu
F.J. ALONSO, B.M. VINAGRE
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Universidad de Extremadura
{fjas,bvinagre}@unex.es
La marcha humana es un movimiento complejo gobernado por la actividad de
numerosos grupos musculares que controlan su estabilidad a la vez que minimizan el
coste metabólico del transporte. Los lesionados medulares necesitan de un sistema de
actuación exterior que asista el movimiento patológico del tren inferior [1].
Existen diferentes grados de severidad de la lesión medular de acuerdo con ASIA
(American Spinal Injury Association) que van del grado A (lesión medular completa) al
grado E (funciones motoras y sensoriales normales). En los grados C y D, la función
motora es preservada parcialmente. Estos sujetos de grado C y D, llamados lesionados
medulares incompletos, son capaces de mantener una marcha patológica con elevado
coste metabólico y con ayuda de soportes externos, como muletas [2].
En este trabajo se presenta el diseño de una nueva órtesis activa adaptable de tipo
SKAFO (Stance-control Knee-Ankle-Foot Orthosis) para lesionados medulares
incompletos C y D. La órtesis bloquea la flexión de la rodilla cuando el sujeto inicia la
fase de contacto con el suelo para estabilizar la marcha, y desbloquea y actúa la
extensión de rodilla de la pierna contraria cuando ésta pierde el contacto con el suelo e
inicia la fase de balanceo. Por otra parte, la órtesis dispone de un dispositivo antiequino
en la articulación del tobillo, que limita el ángulo de flexión plantar del tobillo durante la
fase de balanceo de la marcha. La órtesis es un sistema biomecatrónico complejo cuyo
diseño debe cumplir múltiples restricciones, entre ellas, la de colaborar con el sistema
músculo-esqueletar del lesionado medular para conseguir una marcha similar a la
normal. En este artículo se describe el diseño mecánico de detalle y la selección de
sensores y actuadores.
Referencias
[1] T. Yakimovich, E. D. Lemaire, J. Kofman. Engineering desing review of stancecontrol knee-ankle-foot orthoses, JRRD, 46, 2 (2009), 257-267.
[2] A. Zissimopoulos, S Fatone, S. A. Gard. Biomechanical and energetic effects of a
stance-control orthotic knee joint, JRRD, 44, 4 (2007), 503-514.
52 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio de microimplantes en ortodoncia mediante
elementos finitos y la aplicación practica en
pacientes
A.A. SUÁREZ, J.L. CORTIZO, J. COBO, F. DE CARLOS, J. ALONSO
Dpto. de Cirugía y Especialidades Médico Quirúrgicas. Universidad de Oviedo
Dpto. de Construcción e Ingeniería de Fabricación. Universidad de Oviedo
suarez@uniovi.es
El Instituto Asturiano de Odontología (certificado en Innovación según los requisitos de
la Norma UNE 166002:2006 Nº IDI-0040/2009), ha desarrollado el proyecto de
obtención de datos comparativos de tres microimplantes utilizados en Ortodoncia y la
aplicación practica en pacientes. Se han realizado los siguientes estudios:

Análisis químicos cualitativos – cuantitativos con microsonda electrónica.

Propiedades mecánicas de los microimplantes mediante la aplicación del
Modelo de Elementos Finitos [1].

Aplicación práctica en pacientes para el tratamiento de la Apnea del Sueño
mediante microtornillos.
Modelo Elementos finitos
Paciente con los
microimplantes
El estudio permite comparar los tipos de tornillos, desde el punto de vista de la
composición química, tensiones y deformaciones con resultados muy similares. La
aplicación de esta técnica en pacientes con Apnea del Sueño ha sido muy satisfactoria.
Referencias
[1] Liang. Torque control of the maxillary incisors in lingual and labial orthodontics: A
3-dimensional finite element analysis, American Journal of Orthodontics and
Dentofacial Orthopedics, (2009) 135, 3, 316-322.
Biomecánica 53 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comportamiento dinámico de una audioprótesis
coclear acoplada a un modelo tridimensional de
cóclea
A. GARCÍA-GONZÁLEZ, A. GONZÁLEZ-HERRERA, L. CAMINO
Dpto. de Ingeniería Civil. Materiales y Fabricación. Universidad de Málaga
tolino@gmail.com
R. URQUIZA
Laboratorio de Otología Experimental, Institutos Universitarios de Investigación. Universidad de Málaga.
En este artículo se presentan los resultados obtenidos en el acoplamiento de una
audioprótesis coclear y una cóclea, los cálculos se han realizado con simulaciones
numéricas mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF). Este estudio es parte de
un proceso de diseño de un MEMS (Micro Máquina Electro-Mecánica). En artículos
anteriores [1-3] se presentan los primeros pasos del diseño óptimo de la audioprótesis
coclear, dicha prótesis tiene el objetivo de sustituir al tímpano y la cadena osicular en
casos descritos de patologías auditivas. Esta prótesis se sitúa dónde estaría el estribo,
accionando directamente la Ventana Oval que es parte de la cóclea.
Se ha construido un modelo simplificado de la cóclea en 3D. La cóclea es un complejo
sistema en espiral con tres canales llenos de fluido separados por una estructura ósea y la
Membrana Basilar. De los tres canales se han modelado sólo dos, por ser de un tamaño
muy superior al tercero. El modelo se ha construido desarrollando la espiral, esta
simplificación es aceptada en la bibliografía actual [4].
Los resultados y conclusiones obtenidos en el presente artículo ofrecen una valiosa
información para tomar decisiones correctas en el proceso de diseño. En los estudios
anteriores [1-3] el efecto de los líquidos de la cóclea no fueron considerados o
simplificados con condiciones de contorno equivalentes. Estas simplificaciones son
adecuadas cuando la cóclea está acoplada a todo el oído medio y el tímpano. En el caso
de la audioprótesis, estas simplificaciones propuestas en la bibliografía existente no son
adecuadas dada la diferencia de tamaño, rigidez y masa entre el MEMS y la cóclea.
Referencias
[1] J. López-García, D. Camas Peña, A. González-Herrera, R. Urquiza. Análisis del
comportamiento mecánico óptimo de dos configuraciones de audioprótesis
cocleares. XVII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica (2009), 1015-1021
[2] Antonio Garcia-Gonzalez, Jose Pascual-Cosp, Antonio Gonzalez-Herrera. Design of
a middle ear audioprostheses: analysis of the mechanical behavior, The Sixteenth
International Congress on Sound and Vibration (2009).
[3] Antonio Garcia-Gonzalez, Antonio Gonzalez-Herrer, Javier López García. Estudio
de la respuesta dinámica de una audioprótesis coclear. 40º Congreso Nacional de
Acústica (2009).
[4] Rong z. Gan, Brian P. Reeves, Xuelin Wang. Modeling of Sound Transmission from
Ear Canal to Cochlea, Annals of Biomedical Engineering 35 (2007), 2180-2195
54 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis mediante simulación numérica de implantes
dentales con microrrosca
U. GARITAONAINDIA
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Escuela Universitaria Politécnica. Plaza Europa, 1. 20018 Donostia - San
Sebastián (Gipuzkoa)
J.L. ALCARAZ
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao. Universidad del País Vasco
– Euskal Herriko Unibertsitatea
ugutz.garitaonaindia@ehu.es
En los últimos años los implantes dentales han experimentado una gran evolución, tanto
en el tratamiento de su superficie, para obtener una mejor osteointegración, como en el
diseño de la geometría, con el fin de conseguir un comportamiento mecánico más
eficiente.
A la hora de analizar la geometría, y siendo conscientes de que la máxima tensión de
trabajo en los implantes dentales se produce en la parte cervical, se han analizado
implantes dentales diseñados con microrrosca en dicha zona cervical, para absorber las
tensiones máximas, y con una zona intermedia cilíndrica, con el fin de evitar daños
innecesarios en el hueso. Los materiales utilizados en el modelo son: titanio, oro, hueso
cortical y hueso esponjoso.
De este análisis se concluye que fijando entre unos límites calculados los valores de
altura de la microrrosca y la longitud total del implante dental con rosca interrumpida, se
obtienen implantes dentales con mejor comportamiento mecánico, reduciéndose el daño
producido en el hueso.
Referencias
[1] J. Yang, H. J. Xiang. A three-dimensional finite element study on the biomechanical
behavior of an FGBM dental implant in surrounding bone. Journal of Biomechanics,
40 (2007), 2377-2385.
[2] L.A. Lang, B. Kang, R.F. Wang, B. R. Lang. Finite element analysis to determine
implant preload. J. Prosthet. Dent. 90 (2003), 539-546.
[3] E. Anitua, G. Orive. Finite element analysis of the influence of the offset placement
of an implant-supported prosthesis on bone stress distribution. Journal of
Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, 89B (2009), 275-281.
[4] L. Baggi, I. Cappelloni, M. Di Girolamo, F. Maceri, G. Vairo. The influence of
implant diameter and length on stress distribution of osseointegrated implant
related to crestal bone geometry: A three-dimensional finite element analysis. J.
Prosthet. Dent., 100 (2008), 422-431.
[5] S. Hansson, M. Werke. The implant thread as a retention element in cortical bone:
the effect of thread size and thread profile: a finite element study. Journal of
Biomechanics, 36 (2003), 1247-1258.
Biomecánica 55 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Diseño paramétrico de instrumental de cirugía
laparoscópica en base a criterios biomecánicos y
ergonómicos
A. GONZÁLEZ
Centro Universitario de Mérida, Universidad de Extremadura. España
agonzalez@edu.juntaextremadura.net
D.R. SALGADO
Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de los Materiales. Universidad de Extremadura
L. GARCÍA
Dpto. Expresión Gráfica. Universidad de Extremadura
El objetivo de este trabajo es establecer los criterios biomecánicos y ergonómicos que
permitan el diseño óptimo y paramétrico de una pinza de cirugía laparoscópica en
función del tamaño de la mano del cirujano/a. Diversos estudios y las experiencias
llevadas a cabo en el Centro de Cirugía de Mínima Invasión (CCMI) de Cáceres, han
puesto de manifiesto que ciertos diseños y geometrías generan lesiones al cirujano/a
debido principalmente al tiempo que pasan a diario utilizando este instrumental y al
número de veces que realizan la apertura y cierre de estas pinzas. Para fijar los criterios
se han estudiado varias pinzas de cirugía laparoscópica comercial durante su empleo en
diversas intervenciones en las instalaciones del CCMI con la finalidad de encontrar los
puntos críticos de dicho instrumental. Además se ha llevado a cabo un estudio del estado
actual del instrumental, basándose en referencias bibliográficas, publicaciones y
consultas en revistas especializadas.
Con todos los resultados obtenidos se ha generado una guía de diseño que permite
realizar el diseño óptimo del instrumental en base a datos antropométricos de la mano
del cirujano/a, esto es, realizar el diseño óptimo para cada cirujano/a. Algunos
parámetros de especial relevancia en el diseño de este instrumental son el ángulo entre el
mango y la varilla, y el diámetro del mango de la pinza. Otros parámetros que también
determinan la ergonomía del instrumental son la posición de la anilla de apertura y
cierre, la posición del elemento que permite la rotación de la punta y el dedo de la mano
que debe emplearse para su rotación. Las primeras pruebas para validar la guía de diseño
y el diseño paramétrico de las pinzas realizado en SolidWorks, se han realizado mediante
técnicas de prototipado rápido con el objetivo de poder validar los resultados en un
tiempo reducido y a la vez posibilitar que dicha validación se realice en una prueba real
del instrumental diseñado durante una cirugía.
Referencias
[1] R. Berguer. Application of ergonomics in the work environment of general
surgeons, Rev Environ Health, 12 (1997), 99-106.
[2] M.A. Van Veelen, D.W. Meijer. Ergonomics and design of laparoscopic
instruments: results of a survey among laparoscopic surgeons, Journal
Laparoendoscip Advanced Surgical Techniques, 9 (1999), 481-489.
56 Biomecánica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Diferenciación automática de fuerzas en la
integración implícita de sistemas multicuerpo
A. CALLEJO, J. GARCÍA DE JALÓN
Instituto Universitario de Investigación del Automóvil (INSIA). Universidad Politécnica de Madrid (UPM)
{a.callejo,javier.garciadejalon}@upm.es
La diferenciación automática es una herramienta informático-matemática muy potente
para calcular cualquier tipo de derivadas de funciones. Entre sus ventajas respecto a otras
formas de calcular derivadas están su precisión, su eficiencia y su sencillez de
implementación [1]. Este artículo trata sobre la implementación de esta técnica en un
algoritmo de simulación dinámica de sistemas multicuerpo. Concretamente, se aplica a
un integrador implícito que resuelve las ecuaciones diferenciales del movimiento
planteadas de forma semi-recursiva [2]. Para ello, se ha elegido la librería ADOL-C, que
trabaja por sobrecarga de operadores. Los fundamentos de la diferenciación automática,
así como la base matemática de la formulación y del integrador implícito, son explicados
con cierto detalle. Finalmente, se comparan la diferenciación automática y la
diferenciación numérica desde el punto de vista de la eficiencia, y se estudia la
influencia que tiene el tamaño del sistema multicuerpo en los tiempos de cálculo de la
simulación.
nz
2
Z
1
z=0.1rad/s
Y
ny
2
X 1
En suma, se ofrece una interesante perspectiva para la optimización del cálculo de
sistemas multicuerpo y el desarrollo de algoritmos eficientes, así como una posible
implementación de la diferenciación automática en el campo de los sistemas
multicuerpo.
Referencias
[1] A. Griewank. Evaluating derivatives - Principles and Techniques of Algorithmic
Differentiation, SIAM, Frontiers in Applied Mathematics, (2000).
[2] A. F. Hidalgo, A. Callejo, J. García de Jalón. Using implicit integrators and
automatic differentiation to compute large and complex MBS in real-time, 1st Joint
International Conference on Multibody System Dynamics, Lappeenranta, (2010).
Cinemática y dinámica de multicuerpos 57 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Introducción de funciones BLAS y matrices Sparse
en la dinámica de sistemas multicuerpo
A.F. HIDALGO, J. GARCÍA DE JALÓN
Instituto Universitario de Investigación del Automóvil (INSIA). Universidad Politécnica de Madrid (UPM)
{andres.francisco.hidalgo,javier.garciadejalon}@upm.es
El trabajo presentado en este artículo está orientado a la obtención de simulaciones en
tiempo real de sistemas multicuerpo de gran tamaño y complejidad, con particulares
aplicaciones en el campo de la automoción, especialmente en vehículos pesados como la
cabeza tractora de un camión con un semi-remolque de tres ejes. Las dos metodologías
propuestas utilizan una formulación dinámica semi-recursiva que utiliza una doble
transformación de velocidades [1]. La complejidad de las operaciones numéricas
necesarias crece significativamente en sistemas multicuerpo con cadenas cerradas y un
elevado número de sólidos rígidos, apareciendo sistemas de ecuaciones lineales
redundantes pero compatibles. Estos sistemas se suelen resolver mediante el método de
los mínimos cuadrados y la factorización QR, pero esta metodología es muy ineficiente
para aplicaciones de tiempo real.
El objetivo de este artículo es describir la implementación de dos formas diferentes de
resolver este sistema de ecuaciones redundantes pero compatibles, obteniendo
importantes reducciones en los tiempos de ejecución e incrementando así la eficiencia y
robustez del programa. Ambos procedimientos están basados en la factorización LU.
El primer método considera los sistemas de ecuaciones con matrices densas que se
resuelven utilizando unas funciones de programación de bajo nivel conocidas como
BLAS. Es importante resaltar al respecto que LAPACK, una de las librerías numéricas
más ampliamente utilizadas, no contiene funciones para resolver el problema
mencionado. El segundo método utilizado para aumentar la eficiencia tiene en cuenta la
baja densidad de elementos no nulos en la matriz Jacobiana del sistema, tratándola como
matriz sparse y utilizando para su resolución funciones de alta eficiencia como la MA48,
provista por Harwell SL. Ambas metodologías han sido implementadas en la simulación
de un modelo de cabeza tractora de camión con semi-remolque, sistema que posee 40
grados de libertad, 81 sólidos rígidos y 89 pares cinemáticos. En ambos casos se
obtienen mejoras muy significativas, del orden del 50% del tiempo total de simulación.
Referencias
[1] J.García de Jalón, E. Álvarez, F. A. Ribera, I. Rodríguez and F. J. Funes. A Fast and
Simple Semi-Recursive Dynamic Formulation for Multi-Rigid-Body systems,
Advances in Computational Multibody Systems, ed. By J. Ambrósio, SpringerVerlag, (2005), pp 1-24.
58 Cinemática y dinámica de multicuerpos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estimación de errores de posición y velocidad en
centros de mecanizado de cinco ejes
I. ANSOATEGUI, A. LAMIKIZ, J. AGUIRREBEITIA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Univ. del País Vasco UPV/EHU
igor.ansoategui@ehu.es
Este trabajo presenta los resultados de una metodología de predicción de errores
utilizando modelos basados en cinemática directa, inversa y modelos diferenciales en
centros de mecanizado de cinco ejes.
El objetivo principal de estos modelos es el de hallar errores de posición (y orientación)
y velocidad (lineal y angular) en la punta de la herramienta en centros de mecanizado de
5 ejes, en función de los errores en los pares. Estos errores provienen de la falta de
paralelismo y perpendicularidad derivados de un montaje defectuoso.
Mediante la introducción de diferentes geometrías de centros de mecanizado y errores
geométricos en sus ejes, se han investigado y hallado errores en punta de herramienta.
Para la realización del análisis cinemático directo se ha trabajado con matrices de
transformación obtenidas con el método de Denavit y Hartenberg. Para el cálculo de las
variaciones de velocidades en los pares y la punta de la herramienta, se han utilizado
modelos diferenciales.
Los modelos matemáticos diferenciales estudiados han sido el Jacobiano Analítico,
Jacobiano Geométrico y Jacobiano Geométrico con obtención numérica.
Se han obtenido resultados para tres tipos de centros de mecanizado: Tipo pórtico con
cabezal bi-rotativo (LLLRR), tipo columna transversal con mesa tilting (RRLLL) y tipo
mesa rotatoria con cabezal basculante (RLLLR). Además de los errores de posición y
velocidad, también se han aplicado las estimaciones de errores térmicos en este tipo de
máquinas- herramientas.
Referencias
[1] A Lamikiz, L. N. López de Lacalle, O Ocerin, D Díez (2008). The Denavit and
Hartenberg approach applied to evaluate the consequences in the tool tip position of
geometrical errors in five-axis milling centres. Int J Adv Manuf Technol 37:122139.
[2] Tsutsumi M, Saito A (2004) Identification of angular and positional deviations
inherent to 5-axis machining centers with a tilting-rotary table by simultaneous fouraxis control movements. Int J Mach Tools Manuf 44(12–13):1333–1342.
Cinemática y dinámica de multicuerpos 59 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Un algoritmo con feedback energético para la
simulación cinemática del movimiento de las
proteínas
M. DIEZ, V. PETUYA, O. ALTUZARRA, CH. PINTO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco
mikel.diez@ehu.es
En el estudio de las proteínas es de vital importancia conocer la forma en la que éstas
llevan a cabo su función. Actualmente, los métodos experimentales no son capaces de
monitorizar una proteína, limitándose su función a obtener imágenes en diversos estadios
de su movimiento. En este artículo se expone un nuevo enfoque de estudio de las
proteínas denominado basado en lo que se podría denominar biocinemática. Este
enfoque se basa en la utilización de los paralelismos existentes entre proteínas y los
mecanismos espaciales.
El procedimiento presentado en este artículo, pretende simular el movimiento de una
proteína entre dos posiciones conocidas experimentalmente mediante la incrementación
controlada de los grados de libertad de la misma obteniendo un número finito de
posiciones intermedias. Antes de realizar las simulaciones, se aplicará un proceso de
normalización basado en la aplicación de restricciones geométricas para tratar de
minimizar los errores presentes en los datos experimentales A la hora de realizar las
simulaciones se realizará una evalución de la energía potencial de la proteína para
realimentar los incrementos establecidos para los ángulos diédricos.
Para la validación de los resultados se analizarán tanto la evolución de la energía
potencial y el error cuadrático medio a lo largo de toda la simulación, como los
Ramachandran Plot de las posiciones obtenidas que aseguran el sentido biológico de las
mismas.
Referencias
[1] M. Diez, V. Petuya, M. Urizar, A. Hernández. A biokinematic computational
procedure for protein function simulation, ASME/IFToMM International
Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots (ReMAR 2009), IEEE
Conference Proceedings, pp. 355-362, 2009.
60 Cinemática y dinámica de multicuerpos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Interacción virtual con sistemas mecánicos
mediante técnicas de dinámica multicuerpo
A. LUACES, M. GONZÁLEZ
Universidade da Coruña
aluaces@udc.es
Las técnicas avanzadas de dinámica de sistemas multicuerpo permiten simular la
respuesta dinámica de sistemas mecánicos complejos en tiempo real [1]. La integración
de estas técnicas con sistemas de Realidad Virtual hará posible en un futuro próximo la
simulación interactiva del ensamblaje, puesta en marcha y comportamiento de cualquier
sistema mecánico virtual, pudiendo validar su diseño y proceso de montaje o reparación
sin necesidad de construir un prototipo real [2].
Este trabajo describe un sistema de interacción con sistemas mecánicos virtuales,
compuesto por tres subsistemas: captura de movimiento, dinámica multicuerpo y
visualización tridimensional.
El sistema de captura de movimiento, basado en cámaras infrarrojas y marcadores
pasivos, permite conocer en tiempo real la posición y orientación en el espacio del
cuerpo del usuario y su punto de vista. Esta información es transmitida al sistema de
dinámica multicuerpo, que detecta cuándo el usuario intenta manipular con sus manos
alguna de las piezas del mecanismo virtual, y en tal caso calcula la respuesta dinámica de
todo el sistema mecánico, también en tiempo real. Por último, el sistema de visualización
3D muestra el sistema mecánico virtual y su entorno, y un avatar del usuario que
interactúa con el mismo. Se dispone de dos tipos de sistemas de visualización 3D: una
pantalla de grandes dimensiones, apropiada para el trabajo estático con mecanismos
pequeños (por ejemplo, para simular el montaje de un mecanismo en una mesa de
trabajo), y un Head Mounted Display (HMD), que permite al usuario moverse de manera
autónoma en la escena virtual para poder inspeccionar el sistema mecánico desde varias
posiciones (por ejemplo, para interactuar con un mecanismo de grandes dimensiones).
El sistema presentado permite agilizar la fase de diseño del producto mediante la
simulación de su comportamiento dinámico ante acciones reales. La principal limitación
del sistema actual comprende la simplificación del modelo de contacto entre el usuario y
el mecanismo virtual, y la ausencia de fuerzas de reacción sobre el usuario. En el futuro
se pretende desarrollar un modelo más sofisticado que permita simular de forma realista
los procesos de montaje y desmontaje de mecanismos complejos, incluso con la
participación simultánea de varios usuarios.
Referencias
[1] Jayaram S et al. Industry case studies in the use of immersive virtual assembly,
Virtual Reality 11(4), (2007), pp. 217-228.
[2] Cuadrado J, Dopico D, Naya MA y González M. Penalty, semi-recursive and hybrid
methods for MBS real-time dynamics in the context of structural integrators,
Multibody System Dynamics, 12 (2), (2004), pp. 117-132.
Cinemática y dinámica de multicuerpos 61 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
La librería de código abierto Sundials en la
resolución de sistemas multicuerpo
M. LÓPEZ, J.A. VILÁN, A. SEGADE, E. CASAREJOS
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Vigo
{mllago,jvilan,asegade,e.casarejos@uvigo.es}
En los modelos utilizados para la resolución de problemas en la ingeniería, aparecen
frecuentemente sistemas multicuerpo. La descripción matemática del comportamiento de
este tipo de sistemas se realiza mediante las ecuaciones de movimiento. Estas ecuaciones
pueden ser deducidas mediante la aplicación de diferentes teorías generales (NewtonEuler, Lagrange, Hamilton, etc.) La etapa final del proceso de resolución consiste en
obtener la solución de (en general) un sistema de ecuaciones diferenciales. Para un
sistema multicuerpo las ecuaciones de movimiento se pueden expresar matemáticamente
de forma general como un sistema de ecuaciones diferenciales algebraicas. La resolución
de este tipo de ecuaciones requiere la simplificación del sistema mediante diferentes
métodos numéricos.
En este trabajo, se utiliza la librería
Sundials (Suite of Nonlinear and
Differential/Algebraic Equation Solvers) [1] de código abierto y basada en licencia BSD
(Berkeley Software Distribution) para la resolución de un sistema de ecuaciones
diferenciales algebraicas.
En general, el sistema de ecuaciones diferenciales algebraicas que se obtienen al aplicar
diferentes formulaciones a un sistema multicuerpo, se puede expresar matemáticamente
[2], [3] como:
F  t , q, q   0 , q  t0   q 0 , q  t0   q 0
 , y F son vectores y t es la variable independiente. Las condiciones
donde q , q
0.
iniciales del problema se definen mediante los vectores q 0 y q
Comparando los resultados obtenidos utilizando la librería Sundials y el software
comercial Simmechanics, para un sistema multicuerpo significativo, se destaca la posible
utilización de este código libre para la resolución de este tipo de sistemas. La librería
Sundials permite además realizar análisis de sensibilidad, que mejora el conocimiento
del comportamiento dinámico del sistema multicuerpo.
Referencias
[1] A. C. Hindmarsh, P. N. Brown, K. E. Grant, S. L. Lee, R. Serban, D. E. Shumaker,
y C. S. Woodward. SUNDIALS: Suite of Nonlinear and Differential/Algebraic
Equation Solvers, ACM T. Math. Software, 31-3 (2005), 363-396.
[2] A. C. Hindmarsh, R. Serban y A. Collier. SUNDIALS Documentation: User
Documentation for IDA v2.6.0 (2009).
[3] F. Pfeiffer. Mechanical System Dynamics, Springer-Verlag (2008).
62 Cinemática y dinámica de multicuerpos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Selección del nivel de descomposición WPT
mediante el análisis de la sensibilidad de la energía
relativa Wavelet
A J. ORDÓÑEZ, C. CASTEJÓN, J.C. GARCÍA-PRADA
Dpto. Ing. Mecánica. Grupo MaqLab. Universidad Carlos III de Madrid
aordonez@ing.uc3m.es
En el diseño de sistemas inteligentes de monitorización y diagnostico de fallos en
máquinas rotatorias, la selección adecuada del patrón que defina correctamente el
defecto es fundamental, el objetivo principal es el de obtener tasas de acierto de
alto nivel en el diagnostico del fallo. La transformada wavelet discreta TWD es una
herramienta con un alto potencial para la extracción de patrones característicos [1].
A la hora de utilizar la TWD es su forma recursiva, como es la transformada
wavelet en paquetes TWP, es necesario tener en cuenta el nivel de descomposición,
el tipo de wavelet madre adecuada para el análisis y, finalmente, qué bandas de
frecuencia de las generadas en el proceso de descomposición wavelet realmente
determinan o contienen la información necesaria para diagnosticar. La elección de
los parámetros comentados anteriormente no es una tarea sencilla, depende del
elemento rotatorio a estudiar, las características de servicio, etc. En la mayoría de
los trabajos, la selección se hace en base a la experiencia, métodos gráficos o de
ensayo y error [2]. En este trabajo se presenta un método basado en el análisis de la
entropía de la energía wavelet para seleccionar de manera automática los
parámetros definidos en la TWP, esta selección permite seleccionar de manera
eficiente los patrones característicos más adecuados para la posterior clasificación y
detección del fallo. Para comprobar las bondades del método, este se aplica a
señales vibratorias generadas a partir de un modelo analítico de rotor Jeffcott donde
se incluyen cuatro niveles de fisura. Este método determina el nivel de
descomposición wavelet y las bandas más apropiadas para ser utilizadas como
elementos de entrada (patrones) en sistemas inteligentes de clasificación.
Referencias
[1] Castejón C., Lara O., García-Prada J.C., Automated diagnosys of rolling bearings
using MRA and Neural Networks, Mechanical System and Signal Processing, doi:
10.1016/j.ymssp.2009.06.004.
[2] B. Liu, S. Ling, Machinery diagnostic based on wavelet packets, Journal of
vibration and control (3) (1997) 5-17.
Detección de fallos y defectos 63 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Detección de daño en estructuras mediante la
aplicación de la transformada Wavelet a su
deflexión estática
M. ALGABA, M. SOLÍS, P. GALVÍN
Grupo de Estructuras. Escuela Técnica Superior de Ingenieros. Universidad de Sevilla
marioalgaba@gmail.com, msolis@us.es, pedrogalvin@us.es
En los últimos años ha existido un creciente interés en desarrollar nuevas metodologías
que permitan la detección de daño en estructuras [1]. La mayoría de estos métodos se
basan en la caracterización de la respuesta dinámica de las estructuras, pero también
existen metodologías basadas en su respuesta estática. Una de las ventajas de los
métodos estáticos es su facilidad de realización y la posibilidad de reducir fácilmente el
número de sensores necesarios gracias a la repetitividad de los ensayos. Esto hace que
puedan resultar de interés en determinadas aplicaciones, y complementar las ventajas
que ofrecen a su vez los métodos dinámicos.
Dentro de la detección de daño en estructuras, la transformada wavelet aparece como
una herramienta útil para detectar variaciones en la misma. En los ensayos estáticos, se
puede utilizar para analizar la deformada estática de la estructura y detectar posibles
cambios producidos por la presencia de un daño.
En el presente artículo se aplica la transformada wavelet a la respuesta estática de una
viga biapoyada obtenida a partir de un modelo numérico de elementos finitos. La
metodología implementada supone la obtención de la respuesta para una carga puntual
ubicada en distintas posiciones, analizándose la superposición de los resultados
obtenidos a partir de cada estado de carga [2].
Se analizan los resultados para distintas ubicaciones del daño, niveles de carga y número
de puntos de medida. Aplicando una wavelet tipo Haar, se estudia la evolución de los
coeficientes y el producto de éstos por su función wavelet correspondientes a un nivel
de escala 1. A partir de los resultados obtenidos, se caracteriza el efecto de la presencia
de una grieta y se analiza la capacidad del método para la detección del daño.
Referencias
[1] G. De Roeck & E. Reynders, Exploring the limits and extending the borders of
structural health monitoring, eds M. Papadrakakis, N. D. Lagaros & Fragiadakis.
[2] P.K. Umesha, R. Ravchandran & K. Sivasubramanian, Crack Detección and
Quantification in Beams Using Wavelets. Computer-Aided Civil and Infrastructure
Engineering, 24 (2009), 593-607.
64 Detección de fallos y defectos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis comparativo de técnicas de procesamiento
de señales de vibración para la detección de fallos
en engranajes
P.A. MEROÑO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad Politécnica de Cartagena
Pedro.Adolfo@upct.es
F.C. GÓMEZ DE LEÓN
Dpto. Ingeniería de la Información y las Comunicaciones. Universidad de Murcia
La detección de fallos en las transmisiones de engranajes constituye uno de los
problemas frecuentes en el mantenimiento de plantas industriales. Pese a que es un
problema ampliamente estudiado, la práctica confirma que sigue presentando
dificultades considerables en bastantes ocasiones. Dos son los factores que contribuyen
decisivamente a esto: por una parte la presencia de diferentes fuentes de vibración
próximas a la transmisión que producen vibraciones en bandas de frecuencia similares,
como es el caso de los rodamientos, y por otra parte, el gran peso relativo que presenta la
vibración de carácter aleatorio producida por distintos tipos de fenómenos durante el
engrane, tales como el error de transmisión, deterioro de los dientes, inicio y fin del
contacto, etc. Estos componentes vibratorios se manifiestan en banda ancha llegando a
enmascarar por completo a los componentes vibratorios de carácter periódico que
constituyen la base del diagnóstico, como es por ejemplo la frecuencia de engrane.
Utilizando un banco de ensayo de transmisiones mediante engranajes, se compararon las
posibilidades diagnósticas de diferentes técnicas de procesamiento de las señales de
vibración producidas por dos de los defectos más frecuentes en este tipo de
transmisiones: defectos de lubricación, que se caracterizan por la gran aleatoriedad de la
vibración producida, y daños en los dientes, que generalmente ocasionan impactos de
muy corta duración. Las técnicas utilizadas fueron: La transformada de Fourier, la
transformada corta de Fourier (STFT), la transformada Wavelet y el análisis de
autocorrelación de la señal. Se registraron las señales de vibración radial, axial y
torsional, obteniéndose interesantes resultados que muestran cómo determinados
defectos tienden a pasar desapercibidos ante determinadas técnicas de procesamiento y,
por el contrario, son detectados por otras. Además, dependiendo del defecto, la dirección
predominante de la vibración es distinta en las etapas iniciales de su desarrollo, lo que
generalmente no se tiene en cuenta en las rutinas de mantenimiento predictivo.
Referencias
[1] A. Sung Lee, J. Woong, D.H. Choi. Coupled lateral and torsional vibration
characteristics of a speed increasing geared rotor-bearing system. Journal of Sound
and Vibration, Volume 263, Issue 4, 12 June 2003, Pages 725-742.
[2] F.K. Choy. Analysis of the Effects of Surface Pitting and Wear of the Vibrations of a
Gear Transmissions System. Prop. Power, 12(2) (1996), pp.77-83.
[3] N. Baydar. Detection of gear failures using wavelet transform and improving its
capability by principal component analysis. Condition Monitoring And Diagnostic
Engineering Management (2001), pp. 411-418.
Detección de fallos y defectos 65 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evaluación de Redes Neuronales Artificiales como
sistema de localización de daños estructurales
basado en parámetros modales
A. GARCÍA-GONZÁLEZ, A. GONZÁLEZ-HERRERA
Dpto. de Ingeniería Civil. Materiales y Fabricación. Universidad de Málaga
tolino@gmail.com
A. GARCÍA-CEREZO
Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática. Universidad de Málaga
Se presenta un método basado en parámetros modales para determinar la posición de un
daño. Se ha utilizado conjuntamente el Método de los Elementos Finitos (MEF) y Redes
Neuronales Artificiales (RNA). El es calibrar diferentes estructuras de RNA y diferentes
algoritmos de entrenamiento, se han evaluado tres cualidades: Capacidad de la RNA de
reproducir los resultados obtenidos con el MEF; la capacidad de generalización; y la
capacidad de filtrar ruido [1]. También se ha evaluado el tiempo empleado en el
entrenamiento y el número de neuronas utilizado. Se presentan más de 800 simulaciones
con RNA, estableciéndose la mejor combinación de RNA y algoritmo de entrenamiento
para cada situación. El estudio se ha realizado sobre una viga en voladizo con un
pequeño daño. Las RNA se han entrenado con los resultados obtenidos en simulaciones
numéricas realizadas con el MEF. En dichas simulaciones, el daño se ha introducido con
diferentes localizaciones. El mallado de la viga es del tamaño del daño, con el objetivo
de lograr una gran precisión. Una vez entrenada la RNA, se evalúa la misma como
herramienta para predecir la posición del daño a partir de las frecuencias naturales. La
robustez de cada RNA es analizada y comparada cuando se introducen las frecuencias
naturales con ruido [2]. Se observa una buena respuesta cuando el error introducido es el
10% del ancho de banda. La mayoría de las investigaciones presentadas con anterioridad
[3-4] muestran métodos que identifican la posición del daño en una región entre 100 y
10.000 veces mayor que el propio daño, por lo que un 10% de error en la localización
del daño en estos métodos es equivalente, en el peor de los casos, a un error del 0,1% en
el presente método. Con el objetivo de reducir el coste computacional que representa una
mallado muy fino, las frecuencias naturales han sido calculadas con un número reducido
de Grados de Libertad Maestros (GDLM). En el artículo se prueba que esta reducción no
afecta prácticamente a la precisión de la simulación numérica mediante el MEF.
Referencias
[1] Zapico JL, Worden K, Molina FJ. Vibration-based damage assessment in steel
frames using neural networks. Journal of Smart Materials and Structures, 10 (2001),
553–565.
[2] Norhisham Bakhary, Hong Hao, Andrew J. Deeks. Damage detection using
artificial neural network with consideration of Uncertainties. Science Direct,
Engineering Structures 29 (2007) 2806–2815.
[3] Jong Jae Leea, Jong Won Leeb, Jin Hak Yia. Neural networks-based damage
detection for bridges. Journal of Sound and Vibration, 280 (2005). 555–578.
[4] Zapico JL, Worden K, Molina FJ. Vibration-based damage assessment in steel
frames using neural networks. Journal of Smart Materials and Structures. 10 (2001)
553–565.
66 Detección de fallos y defectos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
El rozamiento de las barras de control de una
central nuclear como índice del mantenimiento
predictivo
A. GARCÍA-BERROCAL
Amerpren, ETSI de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Ríos Rosas, 21, 28003 Madrid, España
agustin.garciaberrocal@upm.es
J.BLÁZQUEZ, I. VALLEJO
División de Fisión Nuclear, CIEMAT. Avda. Complutense, 22; 28040 Madrid, España Afiliación
C. MONTALVO, M. BALBÁS
Amerpren, ETSI de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Ríos Rosas, 21, 28003 Madrid, España
cristina.montalvo@upm.es
En el caso de producirse un fuerte quemado del combustible nuclear, los tubos guía de
las barras de control de los reactores comerciales de agua a presión podrían combarse y,
en consecuencia, dar lugar a una caída de las barras que condujese a una inserción
parcial de las mismas; y por tanto, las barras de control afectadas deberían considerarse
inoperativas. Se propone en este trabajo realizar una predicción temprana de dicho
evento a través de un ensayo en el que se miden dos coeficientes de fricción: el
hidráulico y el de deslizamiento. El hidráulico apenas cambia con la deformación del
tubo guía, por tanto, se considera la detección de la curvatura del tubo guía a través del
coeficiente de deslizamiento. Se establece un modelo mecánico sencillo para la caída de
las barras y se valida con los registros procedentes de los ensayos rutinarios efectuados
en planta. En dichos ensayos se mide el valor tmx que es el instante en el que la barra
alcanza la velocidad máxima. La predicción temprana se fundamenta en la relación
2
lineal empírica existente entre  tmx  y el coeficiente de deslizamiento.
Referencias
[1] Andriambolona H., Bosselut D., Massin P., (2007). Methodology for a numerical
simulation of an insertion or a drop of the rod cluster control assembly in a PWR,
Nucl. Eng. & Design 236, pp. 600-606.
[2] Nuclear Regulatory Commission, (1966) Control rod insertion problems NRC
Bulletin 96-01, March
Detección de fallos y defectos 67 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evaluación de la severidad de un plano en la
superficie de rodadura de las ruedas de un tren
L. JORDI, J. PUIG, S. CARDONA, E.G. FLÓREZ
Dpt. Enginyeria Mecànica. Universitat Politècnica de Catalunya
lluisa.jordi@upc.edu
La presencia de planos, aunque incipientes, en la superficie de rodadura es causa de un
rápido deterioro del contacto rueda-carril con las consecuencias que ello conlleva tanto
para el entorno como para el propio material rodante. Es por ello que la detección de
estos planos, antes que se hagan aparentes por sus consecuencias, es de gran interés y
motivo de estudio.
En este trabajo se presentan algunos de los resultados obtenidos en una extensa campaña
de medidas llevadas a cabo en una línea del Ferrocarril Metropolitano de Barcelona [1,
2]. La vibración del carril al paso de las ruedas se detecta mediante un acelerómetro
situado en el pie del carril y el instante exacto de paso de las ruedas por la sección donde
se encuentra el acelerómetro se determina mediante la deformación cortante del alma del
carril. Se proponen, y aplican a los registros experimentales, distintos indicadores para
cuantificar la severidad de los planos.
Uno de los aspectos analizados a partir de los datos experimentales es la variación del
pico de vibración detectada con la distancia entre la sección donde incide un plano con la
vía y el acelerómetro [3] con la finalidad de obtener una función que permita normalizar
el pico de vibración. La siguiente figura muestra parte del montaje experimental
utilizado.
Montaje de sensor
extensiométrico
Rebaje para ubicar
el acelerómetro
Protector de
cable
Base de montaje
acelerómetro
Referencias
[1] Flórez, E. G. Detección y caracterización de planos en la superficie de rodadura de
las ruedas de un tren mediante el análisis de la vibración generada por el contacto
rueda-carril, Tesis doctoral. UPC (2009)
[2] Flórez, E. G., Cardona, S., Jordi, L. Uso de la STFT y la CWT en el análisis de
vibraciones para detectar y caracterizar la presencia de un defecto en la superficie
de las ruedas de un tren. Actas de CIBIM9 (2009), 03-18 – 03-25.
[3] Thompson, D. J. Experimental analysis of wave propagation in railway tracks.
Journal of Sound and Vibration, 203 (5), (1997), 867-888.
68 Detección de fallos y defectos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de las señales de propagación de ondas en
ejes fisurados
L. RUBIO, B. MUÑOZ-ABELLA
Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid.
mmunoz@ing.uc3m.es
Los fallos en las máquinas se producen con frecuencia como consecuencia de la
presencia y propagación de las fisuras de fatiga debidas a las cargas y las solicitaciónes a
las que están sometidas. A menudo las fallos son catastróficos y producen daños
personales y serios problemas económicos. La importancia creciente que tienen tanto la
seguridad como los costes derivados de los fallos en maquinaria industrial han obligado
al desarrollo de métodos de detección e identificación de daño en los componentes
mecánicos. Los ejes, que son componentes principales en las máquinas, son elementos
rotativos y están sometidos principalmente a esfuerzos de flexión y torsión. Todo ello
hace que el fallo del eje se produzca por la generación y la propagación de fisuras debido
a las solicitaciones cíclicas durante el giro . Aunque la mayoría de los investigadores en
el campo de la mecánica de la fractura y de la dinámica de rotores consideran en sus
trabajos que las fisuras presentan frente recto, la experiencia muestra que las fisuras de
fatiga en ejes se propagan con frente cuasielíptico. Este hecho debe ser considerado en el
desarrollo de métodos para la determinación e identificación si se quieren establecer
planes de mantenimiento efectivos. Tradicionalmente los métodos no destructivos para
detectar e identificar fisuras en elementos mecánicos se basan en el análisis del
comportamiento vibratorio o de los desplazamientos transversales sin embargo existen
otros métodos [1] que permiten conocer la presencia de defectos. En un trabajo reciente,
los autores [2] han establecido un método para detectar e identificar fisuras en ejes
mediante el análisis numérico de la propagación de las ondas a lo largo del eje. En este
trabajo, se ha realizado el estudio experimental que permite validar los resultados
alcanzados numéricamente en trabajos previos. Se han procesado las señales de tensión
producidas por un impacto en el extremo libre de un eje. Se han realizado ensayos con
diferentes profundidades de fisura y diferentes formas de su frente. De los datos
obtenidos, se observa una relación entre las propiedades de la señal de tensión (amplitud
o área bajo la curva) y las propiedades de la fisura (profundidad y forma del frente). Se
propone un nuevo método no destructivo para identificar fisuras en ejes basado en el
análisis, mediante la técnica extendida y fiable de las redes neuronales, de las ondas de
tensión que se propagan por el eje.
Referencias
[1] LaBerge, K.. Analysis of the elastic wave behavior in cracked shaft, Proceedings of
the ASME 2007 International Design Engineering Technical Conferences &
Computers, Nevada USA, (2007).
[2] Rubio, L, Muñoz-Abella, B, Loaiza, G. Estudio de la propagación de ondas en ejes
fisurados, Actas del IX Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica (2009).
Detección de fallos y defectos 69 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Detección e identificación etección de fisuras de
frente semielíptico en ejes mediante la aplicación de
algoritmos genéticos
B. MUÑOZ-ABELLA, L. RUBIO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid
mmunoz@ing.uc3m.es
De entre los componentes mecánicos más frecuentes en la industria, los ejes son
probablemente aquéllos que se ven sometidos a condiciones de trabajo más extremas.
Uno de los tipos de fallo más importante que habitualmente sufren estos elementos está
relacionado con la aparición y propagación de fisuras de fatiga debidas a las tensiones
combinadas de torsión y flexión fluctuantes a las que se ven sometidos [1]. Si la fisura se
detecta cuando es incipiente el eje dañado se puede sustituir sin importantes secuelas, sin
embargo, la detección de las fisuras en el estado inicial no es una tarea sencilla, una vez
que éstas han aparecido su velocidad de propagación crece exponencialmente y en pocos
días se puede producir la rotura catastrófica [2]. Por lo tanto, es muy importante disponer
de técnicas que permitan, no sólo la detección de las fisuras, sino también que éstas sean
capaces de predecir tanto la forma como el tamaño de los defectos con el fin de reparar o
sustituir el elemento antes de que se produzca el fallo irreversible. Por otra parte, aunque
la experiencia muestra que las fisuras de fatiga que aparecen en ejes suelen presentar un
frente aproximadamente elíptico, el estudio de ejes con este tipo de fisuras no ha sido tan
exhaustivo [3]. En este trabajo se presenta un método de identificación y localización de
fisuras de frente semielíptico basado en los cambios que se producen en los
desplazamientos transversales del eje como consecuencia de la variación de rigidez local
que introduce la fisura. El coeficiente de flexibilidad de un elemento mecánico fisurado
se puede obtener a partir de las expresiones que relacionan la tasa de libración de
energía, G, con el factor de intensidad de tensiones KI en modo I [4]. Para desarrollar el
método propuesto, en primer lugar se ha formulado un modelo numérico del eje que
permite obtener la deformada estática del mismo en función de la posición y
características de la fisura (método directo) y ,a partir del citado modelo numérico,
posteriormente se ha implementado el método inverso, es decir, se ha localizado e
identificado las características de una fisura desconocida mediante la aplicación de la
técnica de los algoritmos genéticos.
Referencias
[1] G. Sabnavis et al, Cracked shaft detection and diagnosis: a literature review. The
Shock and Vibration Digest., 36 (2004), 287-296.
[2] N. Bachschmid et al, A sensitivity analysis of vibrations in cracked turbogenerator
units versus crack position and depth, Mechanical Systems an Signal Processing,
2009, doi:10.1016/j.ymssp.2009.10.001.
[3] Shih Y S, Chen J J. Analysis of fatigue crack growth on a cracked shaft. Int J
Fatigue, vol 19, (1997), 477–485.
[4] Rubio L, Muñoz-Abella B, Flexibility of coefficients of a shaft with a elliptical front
crack, Proc. Of the Ninth International Conference on Vibrations in Rotating
Machinery, Exeter, UK, (2008) ,657-667.
70 Detección de fallos y defectos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evolución térmica en rodamientos con defectos
localizados. Análisis en régimen transitorio
J.M. MARÍN, O. REINOSO
Dpto. Ingeniería Sistemas Industriales de la Universidad Miguel Hernández, Avd. Universidad sn (QuorunV),
03202 Elche, Alicante, España
jmarin@umh.es
H. RUBIO, J.C. GARCÍA
Dpto. Ingeniería Mecánica de la Universidad Carlos III, Avd. de la Universidad 30, 28911, Leganés, Madrid,
España
hrubio@ing.uc3m.es
La presencia de defectos localizados o distribuidos en un sistema mecánico se
manifiesta, entre otras formas, mediante un incremento anormal de la temperatura en el
mismo. Por su forma constructiva y funcionamiento, los rodamientos suelen ser los
primeros elementos mecánicos que dan muestras de fallo [1]. La temperatura es uno de
los parámetros más importantes que afectan a la vida funcional y el rendimiento de los
rodamientos [2]. El funcionamiento prolongado de un rodamiento a temperatura superior
a los 120-130 ºC, puede acortar considerablemente la vida del rodamiento [3]. En el
presente trabajo se realiza un estudio de la evolución térmica de un rodamiento de bolas
centrándose especialmente en caso de que el rodamiento presente defectos localizados.
Se comienza estimando de forma teórica la energía disipada en forma de calor según
distintas condiciones de carga, velocidad y número de elementos rodantes, considerando
rodamientos nuevos y rodamientos con defecto localizado, ya sea en el anillo interno
como en el anillo externo. Para verificar el comportamiento teórico, se realizan ensayos
en un banco de pruebas de rodamientos diseñado para tal fin. Los ensayos se realizan
utilizando rodamientos con la misma defectología que en el estudio teórico y bajo las
mismas condiciones de carga y velocidad que en el modelo, registrando la temperatura
con distintas técnicas y equipos tanto en el anillo interno como en el anillo externo.
Referencias
[1] T. A. Harris, Rolling Bearing Analysis, JohnWiley & Sons, New York, NY, USA,
2001.
[2] C. Wang and R.X. Gao, A virtual instrumentation system for integrated bearing
condition monitoring. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 49
Issue: 2, April 2000.
[3] SKF, Manual SKF de Mantenimiento de Rodamientos, Publicación 4100/I Sp,
1996.
Detección de fallos y defectos 71 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Virtualización de máquinas-herramienta para uso
docente en asignaturas relacionadas con
fabricación mecánica
I. CAMBERO, R. GONZÁLEZ, D. RODRÍGUEZ, F.J. ALONSO
Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de los Materiales. Universidad de Extremadura
icambero@unex.es
El objetivo del presente trabajo consiste en la caracterización dimensional de diversas
máquinas herramienta para su posterior modelado mediante un paquete CAD 3D, con el
fin de obtener modelos virtuales 3D y simulaciones, como apoyo a la docencia de
asignaturas relacionadas con la enseñanza de fabricación mecánica.
Para la generación de los modelos virtuales será utilizado el software de diseño
mecánico SolidWorks. Una vez creadas las máquinas, que serán fiel reflejo de las
existentes en el laboratorio de procesos de fabricación de la Escuela de Ingenierías
Industriales en la Universidad de Extremadura, se generarán ficheros PDF 3D, de
manera que podrán ser usados de manera sencilla y eficaz tanto para la impartición de
clases, como por los alumnos para una mejor comprensión de las lecciones impartidas.
Más allá de la simple visualización de videos, en los cuáles se observan las máquinas
funcionando, la creación de modelos virtuales 3D proporciona la interactividad necesaria
para mejorar el conocimiento asociado al estudio. El organigrama de trabajo para la
consecución de los objetivos que se presentan es el siguiente:
Referencias
[1] Clayton, Mark J.; Warden, Robert B.; Parker, Thomas W., Virtual construction of
architecture using 3D CAD and simulation, Automation in Construction, 11-2
(2002), 227-235.
[2] Lennings Lex, CAD/CAM integration in practice: Two cases of computer aided
toolmaking, Computers in Industry, 18-2 (1992), 127-134.
[3] Lombard, Matt, SolidWorks 2007 Bible, Wiley, (2007).
[4] Oberg, Erik; et al, Machinery’s handbook, Industrial Press Inc., (2008)
[5] Sclater, Neil; Chironis, Nicholas P., Mechanisms & mechanical devices sourcebook,
McGraw-Hill, (2001).
72 Docencia: Ejemplos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Diseño a rigidez de árboles escalonados mediante
Mathematica®: un trabajo no presencial en el
ámbito del EEES
J.C. PÉREZ, M.A. LORENZO, J.A. CABEZAS
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Salamanca
juha@usal.es
Entre otras cosas, la adaptación de los nuevos títulos al Espacio Europeo de Educación
Superior (EEES) exige el diseño de nuevas actividades que en pocos años modificarán
de manera notable la interacción profesor/alumno y el sistema de aprendizaje en el
campo universitario. En este contexto, se presenta una aplicación basada en
Mathematica® que permite, de forma fácil y rápida, calcular y diseñar a rigidez árboles
rectos de sección circular escalonada con cargas incluso uniformemente distribuidas.
Desde el punto de vista del cálculo, el programa, llamado DIAR, realiza el análisis de las
deformaciones por flexión y por torsión a través de toda la longitud del árbol, y el diseño
a rigidez introduciendo ad doc las condiciones límite sobre el valor de la flecha y el
ángulo girado [1-2].
Es cierto que muchos textos actuales de diseño de máquinas incluyen software de
propósito general basado en Microsoft Excel, TKSolver [3] o hacen uso del lenguaje
BASIC para el análisis matemático de elementos de máquinas. Más recientemente, J. A.
Carta et al. [4] han desarrollado un completo programa para el diseño y cálculo de ejes
utilizando Visual Basic. Sin embargo, aquí presentamos una programación abierta (no en
formato “caja negra”) con la que el propio estudiante puede interaccionar introduciendo
mejoras o nuevos objetivos en el cálculo. De hecho, al estudiante se le propone efectuar
el diseño a rigidez del eje como actividad no presencial, y utilizar el programa para
cotejar paso a paso los resultados de su cálculo o también para verificar a posteriori sus
resultados. Además, se trata de un cálculo a rigidez, y no a resistencia que suele ser lo
habitual en las aplicaciones señaladas.
Referencias
[1] V. M. Faires. Diseño de Elementos de Máquinas, Ed. Montaner y Simón
(Barcelona, 1970).
[2] A. D. Deutschman, W. J. Michels, y Ch. E. Wilson. Diseño de Máquinas. Teoría y
Práctica, Ed. C.E.C.S.A. (México, 1989).
[3] R. L. Norton. Diseño de Máquinas, Ed. Prentice Hall (México, 1999).
[4] J. A. Carta, J. Lorenzo, A. Yáñez y O. Martel. Software para el diseño de árboles de
sección circular, Actas del IV Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica,
(Santiago de Chile, 1999).
[5] A. Özel, Ş. Temiz, M.D. Aydin & S. Şen. Stress analysis of shrink-fitted joints for
various fit forms via finite element method, Materials and Design, 26 (2005) 281-289
Docencia: Ejemplos 73 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Nuevas metodologías docentes para la docencia de
estructuras aeronáuticas
L. RODRÍGUEZ-TEMBLEQUE, R. ABASCAL
Escuela Técnica Superior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, Camino de los Descubrimientos s/n, 41092,
Sevilla, España.
luisroteso@us.es
La asignatura “Estructuras Aeronáuticas” está orientada a completar los conocimientos
del análisis de estructuras del futuro ingeniero aeronáutico. La organización y
programación de la asignatura está pensada para transmitir los conocimientos necesarios
para el cálculo de estructuras laminares mediante métodos clásicos y modernos, como el
basado en el Análisis con Elementos Finitos (AEF), de manera que el alumno posea una
perspectiva amplia de la problemática asociada al diseño de estructuras laminares como
las que integran una aeronave. Ello se lleva a cabo mediante clases teóricas, clases de
problemas, clases prácticas de estructuras por ordenador y trabajos prácticos.
En este trabajo se presentan nuevas metodologías docentes implementadas en dicha
asignatura con objeto de satisfacer las líneas prioritarias del Plan Propio de la
Universidad de Sevilla. De esta forma se llevan a cabo diferentes frentes de actuación
docente: estudio y experimentación de nuevas metodologías didácticas como la
enseñanza virtual, usando plataformas virtuales tipo WebCT [1], la elaboración de clases
por transparencias y animaciones a partir de material específico [2,4], y por último se
fomenta el trabajo en equipo mediante la realización de un proyecto en grupo de AEF de
un ala de una aeronave de recreo. El modelado mediante elementos finitos se realiza
empleando el software comercial NASTRAN® y PATRAN® [3], de aplicación en el
sector aeronáutico.
Referencias
[1] C. León. Planificación, diseño de cursos y docencia a través de internet con
WebCT, Servicio de Informática y Comunicaciones. Secretariado de Publicaciones.
Universidad de Sevilla, 2007.
[2] T.H.G. Megson. Aircraft Structures for Engineering Students, Elsevier aerospace
engineering series, Elsevier Ltd., Oxford, UK, 2008.
[3] MSC Software. MSC.Patran 2001, User’s Guide, 2001.
[4] C.T. Sun. Mechanics of Aircraft Structures, John Wiley & Sons, New York, 2006.
74 Docencia: Ejemplos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Enseñanza de Teoría de Estructuras mediante el
diseño, cálculo, construcción y ensayo de modelos
P. GALVÍN, M. SOLÍS, A. ROMERO
Dpto. Mecánica Mecánica de Medios Contínuos, T. Estructuras e Ing. Terreno
Universidad de Sevilla
pedrogalvin@us.es
Este trabajo presenta los resultados de una experiencia de innovación docente dentro de
la asignatura Teoría de Estructuras de la titulación de Ingeniería Industrial en la
Universidad de Sevilla. La metodología docente en la que se basa la asignatura pretende
motivar al alumno al aprendizaje promoviendo el diseño, cálculo, construcción y ensayo
de modelos de estructuras a partir de elementos de madera. Los alumnos disponen de
varios programas de ordenador para optimizar el diseño de sus modelos que
posteriormente se ensayan hasta la rotura en el laboratorio, evaluándose la relación entre
la carga experimental de rotura y la predicha por el modelo numérico. También se evalúa
la relación entre la carga experimental de rotura y el peso de la estructura. Los alumnos
visualizan durante el ensayo los fenómenos que causan la rotura de sus estructuras, que
normalmente son las inestabilidades o el fallo de las uniones. Este trabajo presenta las
ventajas de esta metodología desde el punto de vista de la enseñanza en ingeniería.
Docencia: Ejemplos 75 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Docencia de conceptos de ingeniería mecánica
para alumnos de diversa procedencia utilizando
LEGO
J. PORRAS
Dpto. Ingeniería Mecánica, ICAI Universidad Pontificia Comillas
jporras@upcomillas.es
A. SÁNCHEZ
Dpto. Electrónica y Automática, ICAI Universidad Pontificia Comillas
En la actualidad es muy importante en la docencia universitaria tener en cuenta cuál es el
resultado final que se quiere obtener con los alumnos egresados. En el paradigma
educacional tradicional el curriculum se basa fundamentalmente en haber acumulado un
conjunto de créditos y no tanto en haber demostrado un conjunto de competencias
profesionales (capacidad de trabajo en equipos multidisciplinares y de resolver
problemas complicados) que son las más importantes que se esperan de un ingeniero
según ABET (Accreditation Board for Engineering and Technolohgy) [1]. Para ello es
importante reflexionar sobre qué se quiere conseguir en la docencia y cómo se lleva a
cabo.
En consecuencia es necesario en primer lugar trasladar los conocimientos de las
diferentes áreas de la ingeniería no únicamente a aquellos alumnos que han escogido la
“especialidad” correspondiente, sino también a aquellos que han elegido otra área
distinta. Por ello se ha desarrollado el "diploma en Sistemas Robóticos Móviles" que
consta de un conjunto de asignaturas dentro del marco de las carreras de Ingeniería
Industrial, Ingeniería Informática y el título de segundo ciclo de Ingeniería en
Automática y Electrónica Industrial.
El diploma está estructurado en cuatro asignaturas que se deben cursar de forma
consecutiva en un mínimo de dos años académicos. Desde el punto de vista de la
mecánica, en dichas asignaturas se comienzan con conocimientos sencillos de
cinemática (orientados a posicionar un vehículo en el espacio), se continua con diseño de
mecanismos (cadenas cinemáticas y estructuras sencillas). En el segundo año se añaden
los conceptos de resistencia y rigidez, buscando además optimizar los diseños desde este
punto de vista y minimizando su peso, para terminar obteniendo modelos físicos del
comportamiento dinámico de los mecanismos. El desarrollo mecánico dentro del
diploma se apoya en dos grandes bases: LEGO Technics y SolidEdge. Todo esto sin
olvidar que en el propio diploma se refuerzan conocimientos de control, electrónica,
electrotecnia y programación avanzada en C++. En conclusión, se describe la aplicación
de estas técnicas para conseguir motivar a los alumnos a adquirir conocimientos en áreas
de la ingeniería que en principio no eran de su predilección y la obtención en los
alumnos de unas competencias fundamentales para su desempeño profesional.
Referencias
[1] ABET. 2nd National Conference on Outcomes Assessment for Program
Improvement, Pittsburgh, (2002).
76 Docencia: Ejemplos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Interacción fluido-estructura: ejemplo docente
L. MONTORO, T. PUJOL, J.R. GONZÁLEZ, J. VELAYOS
Dpto. de Ingeniería Mecánica y de la Construcción Industrial,
Escuela Politécnica Superior, Universitat de Girona
lino.montoro@udg.edu
El presente trabajo muestra la metodología docente seguida en la asignatura
Modelización de los efectos aerodinámicos sobre las estructuras integrada dentro del
Master en Mecánica de Materiales y Estructuras de la Universitat de Girona. El perfil de
los alumnos corresponde a titulados superiores con experiencia en el estudio del sólido
rígido mediante programas informáticos de simulación. El objetivo de la asignatura es
que el estudiante sea capaz de resolver problemas reales de diseño estructural donde
interactúan fluido y estructura, dentro del entorno Workbench del software ANSYS 12.
La metodología docente empleada en esta asignatura semestral aplica tanto el
aprendizaje basado en proyectos (PBL) como el aprendizaje cooperativo (CL), y se
subdivide en seis etapas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Formación teórica común a todos los estudiantes en mecánica de fluidos, manejo del
software de simulación y resolución de problemas simples.
Creación de los grupos de trabajo y asignación de roles; cada grupo consta de tres
miembros con un rol diferenciado: experto en estructuras, experto en mecánica de
fluidos y experto de materiales. Presentación del problema real, donde todos los
grupos deberán proponer tres soluciones cumpliendo las especificaciones de diseño.
Formación específica en mecánica de fluidos, diseño de estructuras y
comportamiento de materiales a nivel de expertos de cada grupo.
Los grupos se reúnen y cada miembro aporta la formación específica recibida para
aplicarla a la resolución del problema propuesto. Se asigna un profesor tutor
encargado de supervisar la evolución del trabajo y los conocimientos adquiridos.
Presentación de las soluciones propuestas por cada uno de los equipos y selección
del mejor diseño global. En esta fase se trabajan dos roles: ingeniero-comercial
(defendiendo su propio proyecto) y cliente-auditor (analizando críticamente las
propuestas del resto de grupos).
Sesión plenaria dedicada a que, por una parte el profesorado haga incidencia en
algunos errores detectados en las presentaciones y que los grupos comenten las
mayores dificultades encontradas durante la realización del proyecto.
Con el empleo de esta metodología se observa que el alumno adquiere las competencias
deseadas con un alto nivel de implicación que favorece el autoaprendizaje.
Docencia: Ejemplos 77 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Innovación y mejora docente en el ámbito de la
enseñanza de estructuras metálicas
L. RODRÍGUEZ-TEMBLEQUE, R. ABASCAL
Escuela Técnica Superior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, Camino de los Descubrimientos s/n, 41092,
Sevilla, España.
luisroteso@us.es
La asignatura “Estructuras Metálicas” está orientada a completar los conocimientos del
análisis de estructuras del futuro ingeniero industrial con su aplicación práctica al diseño
de estructuras metálicas. La organización y programación de la asignatura está pensada
para transmitir los conocimientos necesarios para el cálculo de elementos estructurales
simples, de manera que el alumno posea una perspectiva amplia de la problemática
asociada al diseño de estructuras metálicas complejas. Ello se lleva a cabo mediante
clases teóricas, clases de problemas, clases prácticas de estructuras por ordenador,
prácticas de laboratorio, y trabajos prácticos.
Este trabajo presenta nuevas metodologías docentes, de acuerdo con las líneas
prioritarias del Plan Propio de la Universidad de Sevilla, para mejorar los diferentes
frentes de docencia que la asignatura. Para ello se profundiza en el estudio y
experimentación de nuevas metodologías didácticas como la enseñanza virtual, usando
plataformas virtuales tipo WebCT [5], la elaboración de clases por transparencias y
animaciones, basadas en la normativa vigente actual [3,4,7] y bibliografía referente
actualizada [1,2,6]. Además se fomenta el trabajo en equipo mediante la realización de
prácticas de campo y un proyecto en grupo. Por último, se desarrollan nuevas prácticas
de laboratorio y actividades de manera que el alumno contemple la visión práctica de los
conocimientos adquiridos.
Referencias
[1] R. Abascal. Cálculo matricial de estructuras, E.T.S. de Ingenieros, Universidad de
Sevilla, 1995.
[2] R. Argüelles y otros. Estructuras de acero I: Cálculo, norma básica y eurocódigo.
Librería Técnica Bellisco, 1999.
[3] Código Técnico de la Edificación (CTE). Actualización de marzo de 2010.
http://www.codigotecnico.org/index.php?id=33
[4] EUROCODIGO 3. Proyecto de Estructuras de acero. Parte 1-1: Reglas generales y
reglas para edificación. UNE-ENV 1993-1-1, AENOR. (1996).
[5] C. León. Planificación, diseño de cursos y docencia a través de internet con
WebCT, Servicio de Informática y Comunicaciones. Secretariado de Publicaciones.
Universidad de Sevilla, 2007.
[6] J. Monfort. Estructuras Metálicas para Edificación según criterios del Eurocódigo
3, Tomo I y II, Universidad Politécnica de Valencia. Editorial U.P.V., 2002.
[7] Proyecto de Instrucción EAE. Documento 0 de 12-11-2004. Comisión Permanente
de
Estructuras
de
Acero
del
Ministerio
de
Fomento.
http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENER
ALES/ORGANOS_COLEGIADOS/CPA/EAE/default.htm
78 Docencia: Ejemplos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
La Shell Eco-Marathon, una experiencia docente
M.A. OLIVA, E.V. VELASCO, M. SÁNCHEZ
Dpto. Ingenieria de Sistemas Industriales. Universitat Miguel Hernández d’Elx
ma.oliva@umh.es
La Shell Eco-Marathon [1] es una competición entre estudiantes de centros educativos
(universidades, escuelas técnicas o centros de formación profesional) cuyo objetivo es
realizar prototipos que realicen un determinado recorrido (25 Km aprox) a una velocidad
media de por lo menos 30 Km/h con el mínimo consumo. El área de Ingeniería Mecánica
de la UMH de Elche ha participado en las últimas 7 ediciones de esta competición, que
se presenta como una gran oportunidad para complementar la formación de nuestros
alumnos.
Este artículo presenta las enseñanzas obtenidas tras estas participaciones, tratando
aspectos como:
La organización del equipo.
Uso de talleres y laboratorios.
La inclusión de los trabajos de los alumnos en su currículo.
El trabajo de los profesores.
La financiación del equipo.
La repercusión de la participación en la competición.
Las relaciones con los otros equipos.
Los beneficios para los estudiantes.
Referencias
[1] http://www.shell.com/home/content/ecomarathon/
Docencia: Ejemplos 79 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Construir un Mecano ¿sólo es un juego de niños?
M.M. HUERTA, J.M. PORTELA, A. PASTOR, J.E. DÍAZ
Dpto. Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial. Universidad de Cádiz
milagros.huerta@uca.es
En este trabajo, se muestra la metodología seguida en una asignatura de Mecánica, para
hacer que los alumnos entiendan mejor cómo funciona un mecanismo. Por un lado, se les
hace mucho hincapié en la importancia de la teoría, pero de nada sirve que se la estudien
y sepan decirla “de carrerilla”, si luego no son capaces de entenderla, deducirla y
desarrollarla.
Con este método, se les va explicando la teoría, a la vez que se les hace ver el
funcionamiento de un mecanismo, mediante la construcción de una maqueta. En cursos
anteriores, se les ponía como posibilidad para “subir nota” (es decir, aquellos alumnos
que realizaran una maqueta en su casa, con su material, y analizaran los movimientos,
podrían optar a subir la nota final).
En la figura se muestra una maqueta, que se utiliza en las cases para mostrar a los
alumnos los distintos movimientos que forman el mecano. Se comprobó que la
“motivación” y el aprendizaje de aquellos alumnos que voluntariamente habían accedido
a la realización de las maquetas, era superior a la del resto de compañeros, por lo que
actualmente se pone como una práctica obligatoria. Los alumnos deben formar pequeños
grupos, elegir un mecanismo, construirlo y analizar sus movimientos. En este trabajo, se
muestra la mayor implicación por parte de los alumnos en la asignatura, así como el
aumento en el porcentaje de aprobados desde que se impone este método.
Como dijo Miguel de Cervantes: “La experiencia es la madre universal de las ciencias”
o si recordamos una frase de Benjamín Franklin: "Dime y lo olvido, enséñame y lo
recuerdo, involúcrame y lo aprendo.”
80 Docencia: Ejemplos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Actividades formativas del Grupo de Innovación
Educativa en Ingeniería de Fabricación de la ULPGC
P.M. HERNÁNDEZ, M. MONZÓN, M.D. MARRERO, F. ORTEGA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
phernandez@dim.ulpgc.es
A.N. BENÍTEZ
Dpto. Ingeniería de Procesos. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
El grupo de investigación de Procesos de Fabricación del Departamento de Ingeniería
Mecánica de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, lleva varios años aplicando
metodologías innovadoras en las diferentes actividades formativas que desarrolla, como
las fomentadas dentro del EEES. Con el convencimiento de que la actividad
investigadora realizada, ha tenido un reflejo muy positivo en las actividades docentes
bajo la responsabilidad de los miembros del grupo, a mediados de 2009 se solicitó y se
obtuvo el reconocimiento como grupo de innovación educativa en Ingeniería de
Fabricación, por parte de esta universidad.
En 2005, el grupo puso en marcha un proyecto de cooperación empresarial, con cuatro
empresas del sector metal-mecánico de la isla de Gran Canaria. Éstas invertían
principalmente en maquinaria de alto nivel tecnológico, y a cambio recibían servicios
con el conjunto equipamiento adquirido, y del ya disponible por la universidad. En este
proyecto ha jugado un papel crucial la participación de alumnos, que han completado su
formación en un ámbito industrial y de colaboración empresarial. Se plantearon becas de
prácticas en estas empresas para alumnos de varias ingenierías, que derivaron en
proyectos fin de carrera orientados en temáticas de interés para estas empresas. Además
se contó con la colaboración de algunos centros de enseñanzas medias, de donde se
incorporaron alumnos en Formación en Centro de Trabajo (FCT), que ha permitido
potenciar habilidades de trabajo colaborativo entre alumnos de diferentes niveles
formativos. También se han desarrollado actividades de formación especializada para
empresas, tanto de las participantes en el proyecto de cooperación como externas al
mismo, en las que se ha involucrado también a alumnos que previamente habían
adquirido experiencia en las tecnologías disponibles.
Una de las principales líneas de actuación de este grupo de innovación educativa es la de
coordinación con otros niveles formativos, y en especial con centros de enseñanza
secundaria que imparten ciclos formativos afines al ámbito de la ingeniería de
fabricación. Además de la acogida de alumnos en FCT, se han organizado visitas y
seminarios para grupos de alumnos de ciclos formativos de grado medio y superior de
varios institutos de enseñanza secundaria, donde se les ha introducido en tecnologías no
disponibles en sus centros. Tras haber realizado estas actividades los propios docentes de
enseñanza secundaria, nos han demandado formación específica en algunas de las
tecnologías con que se cuenta dentro del Centro de Fabricación Integrada, que se ha
canalizado a través de la Consejería de Educación del Gobierno de Canarias. El interés
primordial del grupo, es hacer el máximo aprovechamiento formativo de los recursos
que se dispone, en un entorno donde el sector industrial tiene un limitado peso dentro de
la actividad económica de esta comunidad.
Docencia: Ejemplos 81 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
La obtención de tecnología como método de
aprendizaje para estudiantes de ingeniería
mecánica
S.A. VILLANUEVA
Universidad Autónoma Metropolitana – Unidad Azcapotzalco
savp@correo.azc.uam.mx
G.D. ÁLVAREZ, Z. DAMIÁN, E. MONTES, R. PÉREZ
Universidad Autónoma Metropolitana – Unidad Azcapotzalco
La obtención de tecnología consiste en una labor que sirve para determinar las
especificaciones que es necesario tener, para fabricar y controlar un producto, teniendo
como dato de partida, únicamente una muestra física del mismo.
La obtención de tecnología se presenta como una necesidad en la mayoría de las
industrias de la rama metal mecánica en las que se busca principalmente la mejora o
innovación de productos.
Este trabajo surge con la finalidad de indicar un camino que ha servido para cumplir con
diversos objetivos en el ámbito universitario entre los que se pueden anotar el de hacer
que el alumno lleve al cabo un proceso de enseñanza aprendizaje muy natural y ameno,
al integrar conocimientos de diseño, fabricación y metrología lo que da fundamento a
distintos trabajos de tesis y además ayuda a definir una tecnología propia en lo referente
al desarrollo de productos.
Referencias
[1] Becerra Naranjo Marco A. - Morán Hernández Daniel. Extracción de tecnología de
un proyector de perfiles, Proyecto terminal, Volumen 1, (2003), 94 páginas.
[2] Villanueva Pruneda Sergio A. Metodología para la extracción de tecnología Tesis
de posgrado SEPI ESIME IPN (1996) 198 páginas
[3] http://www.creaform3d.com/es/3dsolutions/training.aspx
82 Docencia: Ejemplos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Aplicación de MATLAB® al diseño de mecanismos
A. DE JUAN, R. SANCIBRIÁN, S. RODRÍGUEZ, P. GARCÍA
Dpto. de Ingeniería Estructural y Mecánica, Universidad de Cantabria
sancibrr@unican.es
A. SEDANO
Dpto. de Mecatrónica e Ingeniería de Precisión, Tekniker
En este artículo se presenta la aplicación informática DISMEC desarrollada en el entorno
MATLAB® para el diseño cinemático de mecanismos. Esta aplicación es un
complemento docente en la asignatura de Cinemática y Dinámica de Máquinas. El
alumno puede seleccionar un mecanismo de la librería predefinida y definir la geometría
y los parámetros de entrada del mismo. Después puede realizar tanto el análisis
cinemático como la síntesis de generación de trayectorias de un punto del mismo. Los
resultados se muestran de una forma gráfica y mediante animaciones se consigue simular
el movimiento real que tendría el mecanismo.
Se pretenden conseguir de esta manera dos objetivos fundamentales: (i) que los alumnos
que se inician en el estudio de la Cinemática de Mecanismos cuenten con una
herramienta sencilla de utilizar para realizar sus primeras simulaciones numéricas y (ii)
transmitir al alumnado de grado de forma eficiente y cercana el conocimiento generado
por las investigaciones del Grupo de Ingeniería Mecánica de la Universidad de
Cantabria.
En la figura adjunta se muestra la interfaz de la aplicación.
Docencia: Metodología 83 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Propuesta de programa de postgrado basado en la
formación de ingenieros por rotación en empresas
A. DÍAZ
Grupo de investigación en ingeniería de máquinas. Grupo de innovación educativa para la docencia integrada
de máquinas. E.T.S.I. Industriales – Universidad Politécnica de Madrid
adiaz@etsii.upm.es
La Universidad Española vive momentos de cambio relacionados con la implantación
del Espacio Europeo de Educación Superior (EEES) y con la necesidad de adaptación a
un mercado cada vez más cambiante. Este nuevo ámbito organizativo afecta a las
carreras de Ingeniería de forma notable y pueden aparecer dificultades que afecten a la
Industria y Economía del país, si no se toman decisiones analizadas de forma profunda.
Se realiza en este trabajo un estudio de esos nuevos retos formativos en Ingeniería y se
comparan los planes formativos en estas disciplinas con la propuesta que lleva más de 30
años formando profesionales de gran calidad en Medicina, el programa MIR de
“Médicos Internos Residentes”. Una adaptación de dicha metodología docente al mundo
de la Ingeniería podría llevar a superar las incertidumbres actuales en relación a cambios
metodológicos fruto de la implantación del EEES.
A tal efecto se propone un programa de postgrado para la formación de ingenieros, el
“Postgrado para Formación de Ingenieros por Rotación en Empresas”, basado en una
mayor relación Universidad – Empresa, en una adquisición progresiva de
responsabilidades y en una personalización de la enseñanza, que podría formar a
profesionales altamente cualificados, dando así respuesta a las nuevas incógnitas
planteadas.
84 Docencia: Metodología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
La opinión de los alumnos como herramienta para la
mejora de la calidad docente en ingeniería
mecánica
A. DÍAZ, P. LAFONT, J.L. MUÑOZ, J.M. MUÑOZ-GUIJOSA, J. ECHÁVARRI, J. MUÑOZ
Grupo de investigación en ingeniería de máquinas. Grupo de innovación educativa para la docencia integrada
de máquinas. E.T.S.I. Industriales – Universidad Politécnica de Madrid
adiaz@etsii.upm.es
El empleo de técnicas basadas en enfoques “QFD – Quality Function Deployment”
presenta aplicaciones docentes destacables muy ligadas a tareas de personalización de la
enseñanza, a la mejora de las relaciones entre los alumnos y los profesores y a la
optimización de los servicios que ofrecen los centros formativos, en base a una escucha
activa de los deseos de los estudiantes.
Especialmente en el actual contexto de implantación del Espacio Europeo de Educación
Superior, con el que se pretende centrar el proceso de enseñanza – aprendizaje en los
alumnos y en su trabajo personal, resulta muy importante tener en consideración la
opinión de los alumnos y sus ideas de cara a su futuro desarrollo profesional.
Se detalla en este trabajo la aplicación de técnicas “QFD” para evaluar la calidad
docente, percibida en base a la satisfacción de los alumnos, en la asignatura “Diseño y
Fabricación con Plásticos” impartida en 5º curso, para las especialidades de Máquinas y
Fabricación, dentro la titulación de Ingeniero Industrial de la Universidad Politécnica de
Madrid.
La potencia del método empleado ha permitido el análisis de 60 necesidades de los
estudiantes, agrupadas en 6 bloques fundamentales, y de sus relaciones con 30
herramientas, servicios y procesos docentes, que proporciona cualquier Universidad,
para poder así detectar aquellos que precisan actuaciones de refuerzo, en función de las
1800 relaciones incorporadas al modelo.
Docencia: Metodología 85 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Los ECTS y la percepción del cambio metodológico
en ITI Mecánica (EPS-UHU)
J.C. FORTES
Dpto. Ingeniería Minera, Mecánica y Energética. Universidad de Huelva
jcfortes@dimme.uhu.es
J.J. PRIETO, R.E. GONZÁLEZ
Dpto. Ingeniería Minera, Mecánica y Energética. Universidad de Huelva. Dpto. Ingeniería Mecánica y Diseño
Industrial
El proceso de adaptación de la enseñanza universitaria al Espacio Europeo de Educación
Superior (EEES) supone un profundo cambio en la forma de concebir esa enseñanza [1],
poniendo como centro del sistema educativo al estudiante. Dos cambios visibles son, por
un lado, las modificaciones necesarias en los planes de estudio para adaptarlos al nuevo
modelo y, por otro, la nueva forma de concebir el concepto de crédito [2].
Los créditos ECTS y el EEES son ya una realidad en la Escuela Politécnica Superior de
la Universidad de Huelva y es muy importante una valoración de lo puesto en práctica
hasta ahora. Tenemos que aprender de la experiencia y ver que actividades están
teniendo éxito y donde no se están cumpliendo las expectativas que nos fijamos con esta
nueva metodología. Ya que el centro del proceso de enseñanza-aprendizaje es el alumno,
habrá que evaluar como perciben ellos los cambios metodológicos en la docencia tanto a
nivel de profesor, de temario, de horarios, de prácticas, de métodos de evaluación, etc.
Para ello se hace necesario realizar un estudio de todos los datos relativos a estos
apartados y, a partir de ahí, tendremos que hacer un proceso de autocrítica para intentar
mejorar aquello que sea posible y reforzar lo que esté dando buenos resultados.
En este artículo se describe una investigación sobre como han percibido los alumnos el
cambio metodológico que supone el Espacio europeo de Educación Superior y los
créditos ECTS, mediante la implantación de las Experiencias Piloto en la titulación de
Ingeniería Técnica Industrial Mecánica de la Escuela Politécnica Superior de la
Universidad de Huelva.
Referencias
[1] V. Angulo y Alegre. Manual para la excelencia en la enseñanza superior. Madrid.
Editorial McGraw-Hill. ISBN: 8448129520. ISBN-13: 9788448129521. (2004).
[2] J. Gimeno. El Crédito Europeo: un reto para la calidad de la enseñanza en la
universidad. En UCUA, Módulo 15 de de Materiales del Proyecto de Formación del
Profesorado Universitario – Guía III. Córdoba: UCUA, 520-552. (2004).
86 Docencia: Metodología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Uso de un gestor documental para la codirección de
proyectos fin de carrera de alumnos ERASMUS
M. A. GUTIÉRREZ, A. I. LÓPEZ, F. HERRÁEZ
Dpto. Tecnológico. Universidad Católica de Ávila
miguel.gutierrez@ucavila.es
V. CARRO
Centro de proceso de datos. Universidad Católica de Ávila
Muchos de los alumnos que deciden cursar el último curso de una ingeniería en el
extranjero desean realizar el proyecto fin de carrera en la universidad de destino. Sin
embargo, la mayoría de las universidades requieren la codirección del proyecto por parte
de profesores de la universidad de origen, y en algunos casos, incluso su presentación y
evaluación debe realizarse en la universidad de origen. Esto supone un problema para los
profesores encargados de realizar la codirección del proyecto, tanto los de la universidad
de origen como los de la universidad de destino, ya que un proyecto de este tipo requiere
una coordinación importante entre los docentes, fundamentalmente en cuanto a
revisiones del proyecto se refiere.
Los sistemas de gestión documental son programas creados para gestionar gran cantidad
de documentos. En las características más importantes de la mayoría de los sistemas
disponibles actualmente se encuentra la de proveer al usuario de una base operativa para
la cooperación, es decir, la posibilidad de guardar, versionar, compartir, buscar y auditar.
Este tipo de sistemas son la herramienta perfecta para coordinar las sucesivas revisiones
por las que pasa un proyecto fin de carrera a lo largo de su desarrollo. Es más, el
versionado, las auditorías, etc., no sólo pueden realizarse sobre la memoria del proyecto,
sino que pueden realizarse sobre otros elementos pertenecientes al mismo, como por
ejemplo software, manuales auxiliares, etc.
Además, la gran mayoría de estos sistemas están basados en web, lo que facilita el
acceso a la plataforma desde distintas universidades a los directores de los proyectos.
Sin embargo, estos sistemas no pueden sustituir nunca la coordinación necesaria a través
de mail o teléfono para la toma de decisiones sobre los problemas que pueden surgir en
el desarrollo del proyecto fin de carrera. Simplemente son una herramienta que permite
tener al alcance de los directores del mismo la última versión de todas las partes del
proyecto, las versiones antiguas, un histórico de los cambios realizados y las razones de
dichos cambios, etc.
Estas herramientas, que constituyen el objeto de la comunicación que presentamos al
Congreso, han sido empleadas para llevar a cabo con éxito, la codirección hispanoportuguesa del Proyecto Fin de Carrera titulado: “Implementación de una caja negra en
un automóvil”.
Referencias
[1] J. Bannan. Intranet document management: a guide for Webmasters and content
providers. Addison Wesley Developers Press, (1997).
[2] M. Shariff. Alfresco Enterprise Content Management Implementation. Packt
Publishing, (2006).
Docencia: Metodología 87 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Impacto de las fórmulas de competición
interuniversitaria en la formación académica
V. HENRÍQUEZ
Dpto. Ingeniería de Procesos de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.
vconcepcion@dip.ulpgc.es
M. MONZÓN
Dpto. Ingeniería Mecánica de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.
La Universidad de Las Palmas de Gran Canaria participa en la primera edición de
MOTOSTUDENT, que es una competición de carácter fundamentalmente universitario
y cuyo objetivo es el diseño y desarrollo de una motocicleta de competición impulsada
por un motor de dos tiempos de 125 centímetros cúbicos. Los aspectos que se evalúan en
la competición son los correspondientes a todos los relacionados con el desarrollo de un
nuevo producto, desde los aspectos de viabilidad de producción industrial y económica
para la producción de una serie definida de números de unidades, los relacionados con
las limitaciones impuestas por un reglamento que afectan a dimensiones, pesos y otros
aspectos de resistencia mecánica, así como los relacionados con las prestaciones que
afectan al comportamiento dinámico de la motocicleta desarrollada.
Esta competición sin duda sirve a los intereses formativos de los alumnos que participan
en primera persona, pero también a aquellos otros que habiendo sido compañeros de
éstos saben que bien podrían haber participado, y que estar o no estar en la competición
es una cuestión de elección personal y no una cuestión de suerte.
Este convencimiento en buena parte del alumnado puede contribuir a alejar de éstos la
desafección hacia nuestras Escuelas y Universidades, sentimiento que por el contrario se
acrecienta con modelos educativos basados en la exigencia de un conocimiento casi
exclusivamente teórico de las materias concretas, modelos que condenan el
conocimiento práctico, la interdisciplinariedad de materias o la complementariedad de
conceptos a representar un papel secundario.
Estas fórmulas pueden extenderse y ayudar a mejorar la docencia aportando más
importancia a los aspectos prácticos, que pueden servir para establecer y consolidar los
aspectos teóricos con enfoques del planteamiento diferentes.
Con estas fórmulas de competencia interuniversitarias avanzamos hacia modelos donde
no sólo el alumno se obliga a interrelacionar materias, también el cuerpo de profesores
participantes se ve obligado a reinterpretar su papel de ser “sólo” el profesor y pasar a
ser un tutor, director de proyecto o asumir un papel de ingeniero “senior”.
Todo lo anterior pone de manifiesto la importancia que concedemos a estas iniciativas
en la medida que pueden hacer mejorar nuestro modelo educativo, aportando los mismos
conceptos teóricos que con modelos anteriores y más aún, facilitando su comprensión y
consolidando el conocimiento en las distintas materias que serán las herramientas para el
desarrollo del futuro profesional que hoy es nuestro alumno.
88 Docencia: Metodología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Optimización topológica de estructuras reticuladas
de nudos rígidos y sección variable
E. ALCALÁ, D. ARRIBAS, R. GRIMALDI, R. LAGUNILLA
Instituto Universitario de Investigación del Automóvil (INSIA). Universidad Politécnica de Madrid
enrique.alcala@upm.es
La optimización topológica es uno de los métodos más utilizados de cara a mejorar las
características de una estructura. Tradicionalmente este método se ha empleado en
geometrías continuas por lo que hasta la fecha, todos los trabajos realizados en lo
referente a optimización topológica se han centrado en estructuras laminares tipo placa y
sólidas. La optimización topológica de estructuras reticuladas es sensiblemente más
compleja que las anteriores. Esto es debido a que la eliminación de un elemento es más
crítica ya que modifica sustancialmente las posibles distribuciones de la carga entre las
diferentes iteraciones en el camino de la búsqueda del óptimo. Los únicos trabajos que
han considerado estructuras lineales se han centrando en estructuras reticuladas con
uniones articuladas y secciones fijas.
En el presente artículo se expone un ejemplo de optimización topológica de estructuras
reticuladas con nudos rígidos, lo que implica que se tienen en cuenta, no sólo los
esfuerzos axiles (uniones articuladas), sino también esfuerzos flectores y torsores en
cada una de las barras. Otro aspecto innovador del presente trabajo es la posibilidad de
variar las capacidades resistentes de las secciones, modificando el área y los momentos
de inercia, para lo que se han tenido en cuenta diferentes perfiles comerciales de acero.
Esto implica que se obtiene una matriz discreta de posibles soluciones para cada una de
las barras de la estructura, por lo que la presencia o no de una barra no está determinada
por un único criterio, sino que la rutina de optimización selecciona dentro de las posibles
alternativas la barra que más energía específica aporta al conjunto.
Para resolver el problema, se ha utilizado el método de los elementos finitos, en
formulación implícita, implementado una rutina desarrollada con el Software comercial
ANSYS, que evalúa la respuesta de la estructura sometida a unas acciones externas en
función de la energía específica (energía total por unidad de volumen) de cada una de las
barras, reduciendo las características resistentes, llegando a eliminar las barras que
menos energía aportan.
Referencias
[1] Y. Sui et al., Independent continuous mapping for topological optimization of frame
structures, Acta Mech Sin, 22 (2006), 611-619.
Estructuras 89 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comprobación experimental de la optimización en
peso de vigas tipo sándwich, sometidas a flexión
pura
V. RODRÍGUEZ, J.M. MUÑOZ-GUIJOSA, D. FERNÁNDEZ, J.L. MUÑOZ, A. DÍAZ,
J. ECHÁVARRI
División de Ingeniería de Máquinas – E.T.S.I. Industriales – Universidad Politécnica de Madrid
C/ José Gutiérrez Abascal, nº 2. 28006 – Madrid, España.
jmguijosa@etsii.upm.es
El siguiente desarrollo, es fruto del trabajo que se viene realizando en la División de
Ingeniería de Máquinas de la ETSII-UPM, para desarrollar vigas con secciones tipo
sándwich sometidas a solicitaciones de flexión pura. Estas solicitaciones producirán en
la viga esfuerzos axiales en las pieles del sándwich, dichos esfuerzos producen una
reserva de energía elástica que será liberada en caso de que cesen las solicitaciones a las
que se ve sometida la viga. Dicha viga, estará formada por composites, por su excelente
relación entre su peso y propiedades mecánicas en ambas pieles; en el caso del núcleo se
emplea una espuma de baja densidad. Los materiales a utilizar estarán basados en tejidos
unidireccionales, pues al estar sometida la viga a flexión pura, sólo aparecerán en ella
esfuerzos axiales. Debido a que en laminados unidireccionales la tensión admisible a
compresión es menor que a tracción, será ésta la que se debe tener en cuenta a la hora de
diseñar una sección simétrica. Esto supone que densidad de energía disminuye en un
factor 4 respecto a la máxima que se podría almacenar, ya que ésta depende el cuadrado
de la tensión en las fibras más cargadas, dividido entre la rigidez y densidad del material.
Para solucionar en parte este problema, la solución adoptada consiste en introducir en la
piel de compresión un material más rígido que en la piel de tracción, de tal manera que
se consigue rebajar la posición de la fibra neutra y así elevar la tensión admisible en la
zona de tracción. Con la solución adoptada se crea un procedimiento que permite
dimensionar la viga en función de su par nominal, y del cambio de curvatura que tendrá
en funcionamiento. Con el diseño alcanzado se realizan distintas simulaciones con
programas MEF para comprobar la bondad del diseño. Finalmente, se diseña un plan de
ensayos y se construyen probetas con el objeto de poder realizar los mismos. Dichos
ensayos permiten estimar la densidad de energía real, y caracterizar el comportamiento a
rotura de la viga, debido, tanto a fatiga, como por sobrepasar la tensión máxima
admisible.
Referencias
[1] Ashby. M. F. Materials selection in mechanical design. Oxford, UK. ButterworthHeinemann.1999. ISBN: 0750661682
[2] A.F. Ávila, Failure mode investigation of sandwich beams with functionally graded
core, Composite Structures, vol 81, pp, 323-330, 2007.
[3] Craig A., S. and Norman A., F., Material selection in sandwich beam construction,
Scripta Materialia, 2004 pages 1335-1339.
90 Estructuras Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Definición de un panel de laminado compuesto con
rigidez variable y su ensayo virtual
O. FALCÓ, N. GASCONS, J. JULIÀ
Dpto. Ingeniería Mecánica y Constr. Industrial. Universitat de Girona
narcis.gascons@udg.edu
C.S. LOPES
INEGI - Institute of Mechanical Engineering and Industrial Management. Porto
En la fabricación de paneles de material compuesto la tecnología AFP (Automatic Fiber
Placement) permite dar a las fibras de cada capa de laminado una trayectoria específica.
Esto permite diseñar los paneles de manera que la rigidez y la resistencia sea diferente
según las zonas. Actualmente no se dispone de un conjunto de reglas bien establecido
para decidir cómo deben ser las trayectorias atendiendo a las capacidades mecánicas
deseadas y a las limitaciones del proceso de fabricación.
En esta contribución se discute la definición de la trayectoria con variación lineal de la
orientación anotando las condiciones geométricas para cubrir una capa completa por
deposición paralela de haces de laminado (tow-steering) y evitando defectos inherentes
de fabricación.
En el caso de un panel formado por dos capas que siguen la mencionada familia de
trayectorias, se describe el procedimiento para introducir sus características en un
programa de análisis por elementos finitos discretizando la evolución continua de la
orientación. Finalmente, el panel ejemplo es analizado para los casos de carga a flexión y
pandeo.
Referencias
[1] C. S. Lopes. Damage and Failure of Non-Conventional Composite Laminates, Tesis
de doctorado, TU Delft (2009).
[2] A.W. Blom et alt. A Theoretical Model to Study the Influence of Tow-drop Areas on
the Stiffness and Strength of Variable-stiffness Laminates, Journal of Composite
Materials, 43 (2009), 403-425.
Estructuras 91 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Un procedimiento para la optimización de topología
de mecanismos flexibles térmicos
E. VEGUERÍA, R. ANSOLA, J. CANALES, J. A. TARRAGO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco
ruben.ansola@ehu.es
El objetivo de este trabajo se engloba dentro del campo del diseño óptimo asistido por
ordenador y consiste en el desarrollo e implementación de un procedimiento de
optimización de topología para su aplicación al diseño automático de micromecanismos
flexibles activados térmicamente. Recientemente, las técnicas de optimización de
topología han demostrado ser una herramienta eficaz para la concepción y optimización
automática de este tipo de elementos monolíticos. El procedimiento que se propone está
basado en el método de optimización estructural evolutivo ESO (Structural Evolutionary
Optimization), que ya ha sido aplicado con éxito a diversos problemas de optimización
de la distribución de material y al diseño de mecanismos flexibles más simples activados
mecánicamente [1]. Sin embargo, el problema más avanzado del diseño automático de
actuadores en los que el accionamiento se obtiene a partir de cambios de temperatura del
sistema, no se ha estudiado empleando la técnica descrita. Esta investigación pretende
avanzar en esta línea de trabajo, considerando inicialmente el problema básico de los
micromecanismos sometidos a un incremento uniforme de temperatura, analizando las
formulaciones desarrolladas por otros investigadores y adaptándolas al método que aquí
se propone, junto con la aportación de nuevas funciones objetivo y restricciones que
mejoren el comportamiento del procedimiento para la resolución de este tipo de
problemas.
El método propuesto se ha aplicado al diseño de mecanismos térmicos mediante la
resolución de diversos ejemplos numéricos, obteniendo resultados satisfactorios que
demuestran la eficacia del mismo.
Referencias
[1] R. Ansola, E. Veguería, J. Canales, J. A. Tárrago. A simple evolutionary topology
optimization procedure for compliant mechanism design, Finite Elements in
Analysis and Design., 44 (2007), 53-62.
92 Estructuras Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Desarrollo de un sistema de ensayo de grandes
deflexiones para vigas tipo sándwich que trabajan a
flexión pura
J.M. MUÑOZ-GUIJOSA, V. RODRÍGUEZ, D. FERNÁNDEZ, J. ECHÁVARRI, A. DÍAZ,
J.L. MUÑOZ
División de Ingeniería de Máquinas – E.T.S.I. Industriales – Universidad Politécnica de Madrid
C/ José Gutiérrez Abascal, nº 2. 28006 – Madrid, España.
jmguijosa@etsii.upm.es
Las ventajas de las vigas sándwich en cuanto a relación rigidez/peso son conocidas
desde los inicios de los composites, y aprovechadas en diferentes ramas de la industria.
No obstante, además de mostrar un número mayor de modos de fallo que las vigas
monolíticas, tienen un inconveniente en su baja rigidez y resistencia a cortadura, lo que
obliga a utilizar cantos considerables. En algunas aplicaciones, en cambio, donde son
necesarios grandes cambios de curvatura el canto está limitado por la tensión admisible
en las pieles, por lo que es necesario minimizar los esfuerzos de cortadura.
La minimización en servicio de dichos esfuerzos no es una tarea complicada,
provocando su trabajo a flexión pura, pero sí lo puede ser el ensayo a flexión pura de
probetas, debido a dos problemas:

Las grandes deflexiones que pueden alcanzar los materiales compuestos, lo que
implica que los puntos de apoyo y aplicación de las cargas deben ser móviles,
cuando en las máquinas de ensayo tradicionales no lo son.

Las cargas aplicadas para la realización del ensayo (tradicionalmente, el ensayo
de flexión pura es a cuatro puntos) pueden producir esfuerzos de cortadura
inadmisibles en el núcleo.
La División de Ingeniería de Máquinas de la UPM ha desarrollado un sistema de ensayo
que salva estos dos inconvenientes. El trabajo a presentar consistirá en un estudio
cinemático y dinámico de dicho sistema, así como en la presentación de los resultados de
los ensayos con él realizados.
Referencias
[1] Ortiz Berrocal, L. Resistencia de materiales. McGraw-Hill. 2007. ISBN
9788448156336
[2] Dubbel, H. Manual del Constructor de Máquinas. Editorial Labor, 1969.
Estructuras 93 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evaluación de los métodos aproximados del análisis
de fiabilidad en el caso del diseño elástico de
estructuras
M. BEZZAZI, A. EL GHOULBZOURI, A. KHAMLICHI
Dpto. Fisica, Facultad de Ciencias en Tetouan, Universidad Abdelmalek Essaadi, Marruecos
Khamlichi7@yahoo.es
M.A. PARRÓN, M.D. RUBIO
Dpto. Ingeniería Mecánica y Ingeniería Civil, Escuela Politenica Superior de Algeciras, Universidad de Cádiz
miguelangel.parron@uca.es
En este trabajo nos interesamos por las incertidumbres de parámetros para evaluar la
iabilidad del diseño mecánico en el caso particular de estructuras elásticas lineares. En el
caso de este estudio encontramos en las referencias bibliográficas varias metodologías
que se dedican al análisis de fiabilidad. Su simplificación es una cuestión crucial para
generalizar su aplicación a los problemas que contienen una gran cantidad de variables
aleatorias. Los enfoques de fiabilidad que fueron examinados aquí incluyen el
acoplamiento completo de un código de elementos finitos externo con un paquete de
programas informáticos dedicados a la fiabilidad. Seis metodologías han sido
consideradas: Método de primer orden de la fiabilidad (FORM), método de segundo
orden de la fiabilidad (SORM) con tres variantes (fórmulas de Breitung, HohenbichlerRackwitz y Tvedt) y el método del muestreo importante (ISM), que es una variante
pertinente de las simulaciones de Monte Carlo. Para optimizar el número de iteraciones
al usar ISM se ha estudiado la influencia del coeficiente de la variación empleado para
probar la convergencia sobre los datos de fiabilidad.
Los resultados obtenidos indican que para varios casos de estudios, los métodos
aproximados FORM y SORM producen resultados similares en términos de índice de
fiabilidad y probabilidad del fracaso que los producidos por el método ISM más exacto.
Esto permitió la evaluación de la validez del método rápido y aproximado FORM para
estudiar el análisis de fiabilidad en el caso del diseño elástico de estructuras. La
influencia sobre la fiabilidad de las distintas distribuciones de probabilidades,
dependiendo exactamente dos parámetros estadísticos introducidos para modelar
incertidumbres como variables aleatorias continuas, fue examinada. Los resultados
obtenidos indican que la fiabilidad depende de manera significativa de las funciones de
distribución de la probabilidad utilizadas y no sólo de su media y variación.
Referencias
[1] B. Sudret, T. Haukaas. Stochastic Finite Element Methods and Reliability, A Stateof-the-Art. Report No. UCB/SEMM-2000/08, Department of Civil and
Environmental Engineering, University of California, Berkeley, 2000.
[2] Way Kuo, V. Rajendra Prasad, Franck A. Tillman. Optimal Reliability Design.
Cambridge University Press, 2001, ISBN-10: 0521781272.
94 Estructuras Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Aplicación del método de las deformadas móviles a
vías ferroviarias curvas
R. CHAMORRO, J.L. ESCALONA, A.M. RECUERO
Dpto. Ingeniería Mecánica y de los Materiales. Universidad de Sevilla
chamorro@esi.us.es
Al modelar un vehículo ferroviario y una vía como un sistema multicuerpo, la
flexibilidad de la vía puede ser modelada utilizando el método de las deformadas
móviles. El método de las deformadas móviles ha sido presentado recientemente por los
autores de este estudio. Este método, basado en la formulación del sistema de referencia
flotante, describe las deformaciones del carril utilizando funciones de forma definidas en
un sistema de referencia de la trayectoria, que se mueve en la dirección de avance con la
misma velocidad que el vehículo ferroviario. Las ventajas de la formulación utilizada
son las siguientes:
1. La vía se modela sin condiciones de contorno. Al utilizar los modos de vibración
como funciones de forma, se utilizan condiciones de contorno de la vía ficticias para
resolver el problema de autovalores y autovectores. Sin condiciones de contorno, la
vía puede tener longitud “infinita”.
2. El número de modos necesarios para describir una deformación localizada es muy
pequeño.
3. Las posiciones de equilibrio estacionarias y la estabilidad pueden analizarse con este
método.
En este estudio se han obtenido resultados para un wheeset sin suspensión viajando
sobre una vía curva flexible. En los resultados obtenidos se observa el comportamiento
del wheelset al negociar una curva. En la figura siguiente se muestra la posición lateral
de equilibrio en la curva del centro de masa del wheelset.
El método de las deformadas móviles puede aplicarse a vehículos completos sobre vías
de geometría arbitraria.
Referencias
[1] R. Chamorro, J.L. Escalona. A new approach for modelling flexible tracks in
multibody railroad dynamic simulations, Proceedings of the Multibody Dynamics
2009, ECCOMAS Thematic Conference, Warsaw, Poland, (2009).
Ferrocarriles 95 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Optimización del perfil de rodadura de una rueda de
ferrocarril considerando su conicidad equivalente
J. SANTAMARÍA, J. HERREROS, O. OYARZÁBAL, E.G. VADILLO
Dpto. Ing. Mecánica, E.T.S. de Ingeniería de Bilbao. Alda. Urquijo s/n 48013 Bilbao
javier.santamaria@ehu.es
Este trabajo presenta una metodología de síntesis óptima de perfiles de rueda de
ferrocarril tomando como función objetivo una curva de conicidad equivalente ideal. La
optimización se lleva a cabo utilizando de manera complementaria algoritmos genéticos
y métodos de optimización tradicionales, con el fin de aproximarse lo máximo posible a
la curva de referencia. En el trabajo se muestran los resultados obtenidos para el caso de
un perfil de rueda de alta velocidad, comparando los niveles de desgaste en vía curva
obtenidos con el perfil original y el optimizado. Como es sabido, la geometría del
contacto rueda-carril influye de manera determinante en el comportamiento dinámico del
vehículo, en los esfuerzos que éste va a transmitir a la vía, en el desgaste que se produce
tanto en la rueda como en las cabezas de los carriles, y en parámetros fundamentales de
cara a la seguridad como el riesgo de descarrilamiento y la estabilidad. El problema
geométrico de contacto rueda-carril viene dado siempre como una conjunción de un
determinado perfil de rueda y otro de carril, no pudiéndose estudiar el problema de
manera independiente. Por lo tanto es necesario considerar las características
geométricas del carril cuando se realiza una optimización del perfil de rueda.
Por otro lado, se sabe que muy pequeñas variaciones en la geometría y disposición del
perfil de rueda o del carril, pueden producir diferencias significativas en las funciones
representativas del problema geométrico del contacto, como por ejemplo la función
diferencia de radios de rodadura entre las dos ruedas del eje, directamente relacionada
con la conicidad equivalente. Estas diferencias en las funciones del contacto conducen a
un comportamiento dinámico final del vehículo muy diferente al inicial. La alta
sensibilidad que tienen las curvas de contacto a estos pequeños cambios en los perfiles
de rodadura, hacen que la optimización por medios tradicionales sea muy problemática
en estos casos. La utilización de algoritmos genéticos evita la obtención reiterada de
máximos relativos que apenas mejoran el comportamiento inicial de la rueda, y se
convierten en un método muy adecuado en este tipo de problemas [1]. Finalmente, se
aplica un método de optimización tradicional para mejorar sensiblemente el resultado
obtenido con el procedimiento anterior. El perfil de rueda se define bien mediante puntos
interpolantes o bien mediante tramos rectos y circulares, que constituyen las variables
del problema de optimización. Por lo que respecta a la curva de conicidad equivalente
objetivo, se construye de tal forma que sea constante y de bajo valor para
desplazamientos laterales pequeños del eje (de cara a la estabilidad), y creciente a
medida que estos desplazamientos se incrementan. Como resultado se obtiene un perfil
de rueda con una conicidad más próxima a la ideal, que se traduce en una mejor
inscripción en curva manteniendo la estabilidad en vía recta.
Referencias
[1] I. Persson, S.D. Iwnicki. Optimisation of railway wheel profiles using a genetic
algorithm, Vehicle System Dynamics, Vol. 41, (2004), pp. 517-526.
96 Ferrocarriles Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estimación de la corrugación en carriles
ferroviarios mediante modelos dinámicos
avanzados
P. VILA, L. BAEZA
Centro de Investigación en Tecnología de Vehículos, Universidad Politécnica de Valencia.
lbaeza@mcm.upv.es
G. XIE, S. IWNICKI
Rail Technology Unit, Manchester Metropolitan University.
La corrugación es un tipo de rugosidad en los carriles caracterizada por una forma
ondulada cuya longitud varía entre 2 metros y unos pocos centímetros. Tiene su origen
en diversas causas, si bien hasta la actualidad no todas han sido completamente
analizadas. Aquellas que han sido mejor estudiadas, atribuyen la corrugación a un
acoplamiento desfavorable entre la dinámica del sistema vía-vehículo ferroviario, con
algún mecanismo de daño sobre el carril (desgaste, deformación plástica,…). Por este
motivo en la Bibliografía se propone una doble clasificación para este problema: la
primera atendiendo al mecanismo de fijación de la longitud de onda (causas que hacen
que la irregularidad aparezca en una determinada longitud de onda); la segunda, al
mecanismo de daño. El mecanismo de daño más común es el desgaste, razón por la cual
en España se identifica a la corrugación como desgaste ondulatorio. La importancia de
este problema es evidente: produce un aumento considerable de la emisión acústica y
acelera el deterioro de la superestructura y órganos de rodadura; aparece con mucha
frecuencia en tramos rectos y en curvos, en vía sobre balasto o en placa, con o sin carril
embebido, cuando los vehículos tienen ejes motores y cuando se trata de funiculares.
En este trabajo se ha desarrollado una metodología que permite estimar el patrón de
corrugación en carriles. Para ello se ha combinado un modelo de desgaste con un método
de simulación de la interacción dinámica vehículo-vía. El modelo dinámico considera las
características de la vía de forma realista: traviesas, rigidez de balasto, placas de asiento
y carriles son considerados de forma independiente a través de técnicas de
subestructuración. Se ha implementado un modelo del eje montado flexible y rotatorio
en el que se considera los efectos inerciales asociados a la rotación. Los resultados de
esta investigación muestran un mecanismo original de fijación de la longitud de onda
que no había sido descrito en la Bibliografía hasta el momento.
Ferrocarriles 97 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Simulación del comportamiento dinámico de
vehículos ferroviarios a su paso por desvíos.
Influencia de parámetros
R.F. LAGOS, A. ALONSO, J. VIÑOLAS.
CEIT and Tecnun (Universidad de Navarra)
rlagos@ceit.es
J.C. SÁNCHEZ
Dpto. Técnico. JEZ Sistemas Ferroviarios S.L.
La velocidad de circulación, el ruido y confort son requisitos fundamentales para todo
tipo de transporte. En el caso del transporte ferroviario se debe asegurar una calidad
acústica adecuada para las zonas colindantes a la vía, una baja transmisión de
vibraciones y un adecuado nivel de confort a los viajeros. Los desvíos y/o cruces
ferroviarios se cuentan entre las principales fuentes de ruido y vibración de los sistemas
ferroviarios. La generación de ruido y vibraciones en desvíos está causada por: las
discontinuidades en la superficie de rodadura, el cambio de geometría de la vía, cambios
de rigidez vertical de vía, etc. En diferentes trabajos de investigación se ha analizado
teóricamente la influencia de las características de la vía (rigidez de los apoyos elásticos,
geometría del corazón, etc.) en las diferentes problemáticas relacionadas con desvíos
(desgaste de aguja, deformación del corazón, transmisión de vibraciones,…) [1] [2]. Sin
embargo, es importante señalar que hasta la fecha no se ha estudiado en profundidad
cómo afectan las características del vehículo a los mencionados problemas. En este
trabajo se realiza dicho estudio. Para ello se estudia un caso real existente en metro de
Bilbao (desvío existente en la estación San Ignacio). El software utilizado en el estudio
es Simpack. Por una parte se procedió a introducir la geometría del desvío en Simpack y
por otra parte se modeló el vehículo UT-500M. Una vez obtenido el modelo global se
simuló el comportamiento del vehículo obteniéndose diferentes parámetros como:
fuerzas en el contacto, aceleración vertical y horizontal de carril, deformaciones de
carril,...(Figura 1). Las simulaciones se realizaron modificando algunas características de
vehículo (suspensión primaria, perfil de rueda, etc.). En base al estudio de los resultados
de estas simulaciones se obtuvieron diferentes indicadores que permitieron evaluar la
influencia de las características del vehículo en las diferentes problemáticas.
Figura 1.- Fuerza normal en función del tiempo
Referencias
[1] E. Kassa, Clas Adersson and J. C. O Nielsen, Vehicle System Dynamics, Vol. 44,
No. 3 (March 2006), 247-258.
[2] S. Bruni, Vehicle System Dynamics , Vol. 47, No. 5 ( May 2009), 551-574.
98 Ferrocarriles Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de la geometría y actuación de bogies en
vehículos para superación de obstáculos en
pendiente
X. POTAU, M. COMELLAS, M. NOGUÉS, J. ROCA
Departament d’Informàtica i Eng. Industrial, Universitat de Lleida, Jaume II 69, 25001 Lleida, Spain
Tel.: +34 973 003704; Fax.: +34 973 003575
xpotau@diei.udl.cat
Los bogies son mecanismos simples utilizados en vehículos que permiten modificar la
posición de las ruedas respecto al chasis y garantizan el contacto de las mismas con el
terreno, sirviendo como un mecanismo de promediación. En terrenos irregulares
permiten suavizar la trayectoria del centro de gravedad de un vehículo cuando éste
supera cualquier tipo de obstáculo [1]. En estudios anteriores se comparó la capacidad de
superación de obstáculos de diferentes configuraciones de vehículos de 2, 3 y 4 ejes [2].
Un vehículo de cuatro ejes con doble bogie pasivo ofrece una buena capacidad de
superación de obstáculos en un amplio rango de pendientes ascendentes. Sin embargo, se
puede observar que esta mejora de prestaciones se encuentra limitada tan sólo cuando
hay un elevado coeficiente de adherencia entre las ruedas y el terreno. Además, se
observa que la capacidad de superación de obstáculos es muy diferente en los diferentes
ejes del vehículo cuando se usa una geometría clásica de bogie.
Una posible solución a estas limitaciones consiste en usar bogies pasivos asimétricos, de
manera que se modifica la distribución de carga entre los ejes del vehículo, obteniéndose
prestaciones más uniformes para cada eje y mejorando la capacidad de superación de
obstáculos del conjunto del vehículo. Otra de las estrategias consideradas consiste en
aplicar un par de reacción en la articulación del bogie con el mismo objetivo, con lo que
se obtiene un sistema de bogies activos.
El objetivo de este estudio consiste en comparar estas dos soluciones, exponiendo sus
ventajas e inconvenientes y analizando de manera paramétrica su influencia en la
capacidad de superación de obstáculos del vehículo. Los resultados muestran que el uso
de bogies asimétricos o de bogies activos pueden proporcionar una mejora adicional,
pero la simetría del vehículo debe mantenerse para que el vehículo tenga el mismo
comportamiento avanzando en ambas direcciones. Posibles aplicaciones para este tipo de
vehículos con bogies son la realización de diferentes tareas en zonas forestales con
terreno accidentado o la exploración de terrenos no estructurados.
Referencias
[1] Ö. Kilit. Application of a Multi-stage Bogie Suspension System to the Planet
Exploration Vehicles. Proceedings of 2nd International Conference on “Recent
Advances in Space Technologies”. (2005) 304-308.
[2] X. Potau, M. Comellas, M. Nogués, J. Roca. Estudio de diferentes configuraciones
de vehículos en terrenos irregulares. IX Congreso Iberoamericano de Ingeniería
Mecánica. Libro de Ponencias. (2009) 1710-1716.
Ferrocarriles 99 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Cálculo de la resistencia a la fatiga superficial en
superficies con lubricación elastohidrodinámica
mediante el criterio de Dang Van
E. DE LA GUERRA, E. CHACÓN, P. LAFONT, J. ECHÁVARRI, J.M. MUÑOZ-GUIJOSA,
J.L. MUÑOZ, A. DÍAZ, J. MUÑOZ
Grupo de Investigación en Ingeniería de Máquinas. Universidad Politécnica de Madrid
e.delaguerra@upm.es
Los fenómenos de fatiga superficial en sus diferentes escalas (micropitting, pitting,
spalling), aparecen en multitud de elementos mecánicos en contacto lubricado como
pueden ser los engranajes o rodamientos. Los defectos que aparecen en las superficies en
contacto debidos a estos fenómenos empeoran las condiciones de funcionamiento,
provocando vibraciones y en los casos más extremos el fallo de la máquina. El
procedimiento seguido en este estudio, se inicia con el cálculo de los parámetros que
definen el contacto elastohidrodinámico y que tienen influencia en la resistencia a fatiga
del contacto: espesor de película, distribución de presión y coeficiente de fricción. Una
vez se tiene la presión y el coeficiente de fricción en el contacto, se procede al cálculo de
las tensiones [1] en el interior del material obteniendo una distribución como la de la
siguiente figura:
Conocidas las tensiones en todo el periodo de carga se aplica el criterio de fatiga, en este
caso el criterio de Dang Van [2] mostrado en la ecuación siguiente, que predice
adecuadamente los fenómenos de fatiga superficial, en función de la tensión cortante
máxima en el ciclo τmax(t), la presión hidrostática pH(t) y propiedades del material a
fatiga αDV, βDV.
 max  t    DV pH  t    DV
Referencias
[1] K.L. Johnson. Contact Mechanics, Cambridge University Press (1985).
[2] J. A. Brandão, J. O. Seabra, M. J. Castro. The prediction of micropitting initiation
on gear teeth: a numerical model and its correlation with experimental data.
Associação Portuguesa de Análise Experimental de Tensões (2009), Vol. 17, 1-12.
100 Fractura y fatiga Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comportamiento del shot y laser peening frente a la
fatiga por fretting
J. VÁZQUEZ, C. NAVARRO, J. DOMÍNGUEZ
Departamento de Ingeniería Mecánica y de los Materiales, Universidad de Sevilla, Camino de los
Descubrimientos s/n, 41092, Sevilla
jesusvaleo@esi.us.es
La fatiga por fretting es un fenómeno que se observa a diario en muchos sistemas
mecánicos como uniones remachadas y atornilladas, uniones eje-cubo y uniones álaberotor [1]. Aparece en sistemas donde las cargas de servicio causan desplazamientos
relativos de muy pequeña amplitud entre superficies que se encuentran en contacto bajo
presión. Estos desplazamientos producen, entre otros daños, grietas en la superficie. En
el caso en el que algunos de los componentes anteriores se encuentran sometidos a la
acción de una carga global, estas grietas pueden crecer de tal forma que se produzca la
ruptura del componente. Para reducir/eliminar el efecto negativo de este fenómeno se
emplean una serie de paliativos tales como: shot peening, laser peening, tratamientos
superficiales para reducir el coeficiente de rozamiento, etc. [2].
Los tratamientos de shot y laser peening tienen un efecto beneficioso sobre la vida a
fatiga por fretting ya que introducen un campo tensiones residuales de compresión cerca
de la superficie tratada, zona donde aparecen altas concentraciones de tensiones debidas
al contacto. Como consecuencia de estos tratamientos se retarda e incluso se paraliza la
iniciación y posterior propagación de pequeñas grietas. Para estudiar estos tratamientos,
se han realizado una serie ensayos de fatiga por fretting en una máquina uniaxial donde
todas las probetas han sido tratadas con shot y laser peening. Los parámetros de los
tratamientos aplicados a estas probetas son variados con objeto de determinar la
influencia de cada uno. El material usado en los ensayos era una aleación de aluminio
Al-7075 T-651 y el tipo de contacto esférico. El equipo de ensayos ha sido usado antes
en otros ensayos [3,4], y es capaz de aplicar y medir por separado la carga axial, la carga
de contacto normal y la carga de contacto tangencial. Como parte del trabajo
experimental, las tensiones residuales debidas al láser y el shot peening se han medido
antes y después de los ensayos para determinar la relajación durante los ensayos. Las
probetas de los ensayos no terminados en fallo fueron seccionadas y pulidas para medir
las posibles grietas. También, otros parámetros influyentes como el coeficiente de
fricción o la rugosidad producida en cada uno de los tratamientos fueron medidos.
Referencias
[1] R. B. Waterhouse y T. C. Lindley. ESIS Publication 18 (1994). MEP, London.
[2] J. Dominguez. Algunas Consideraciones sobre la fatiga por Fretting y sus
Paliativos, Anales de Mecánica de la Fractura, 17 (2000), 89-102.
[3] S. Muñoz, C. Navarro. y J. Domínguez. Application of fracture mechanics to
estimate fretting fatigue endurance curve, Engineering Fracture Mechanics 74
(2007), 2168-2186.
[4] C. Navarro, S. Muñoz y J. Domínguez. Analysis of crack evolution in fretting
fatigue with spherical contact, Journal of Strain Analysis 30 (2009), 503-515.
Fractura y fatiga 101 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Predicción en fatiga por fretting incluyendo
tensiones residuales
J. VÁZQUEZ, C. NAVARRO, J. DOMÍNGUEZ
Departamento de Ingeniería Mecánica y de los Materiales, Universidad de Sevilla, Camino de los
Descubrimientos s/n, 41092, Sevilla
jesusvaleo@esi.us.es
Este artículo analiza el comportamiento de probetas tratadas con shot y laser peening
sometidas a fatiga por fretting. Tanto las probetas como los elementos de contacto
esféricos son de una aleación de aluminio Al 7075-T651. Los tratamientos y la
realización de los ensayos se encuentran detallados en [1]. En este artículo la vida a
fretting fatiga es estimada teniendo en cuenta las tensiones residuales así como su
relajación durante la realización de los ensayos. En el análisis de la vida a fatiga por
fretting se distinguen dos etapas: iniciación de la grieta y su posterior propagación. En
los últimos años se han propuesto modelos para predecir la vida total como la
combinación de la vida durante la fase de iniciación y la vida asociada a la fase de
propagación [2]. La vida de iniciación se puede estimar mediante criterios multiaxiales,
tales como el parámetro de Smith, Watson y Topper que ofrece buenos resultados en
aleaciones de aluminio [3]. La vida a propagación se puede analizar mediante una ley de
crecimiento del tipo da/dN = f( K), u otras variaciones basadas en la mecánica de la
fractura lineal. Las tensiones residuales medidas en todos los tratamientos se han
introducido en el modelo como una tensión constante a lo largo del ciclo pero
dependiente del número de ciclos. Esto es debido a que las tensiones residuales varían a
lo largo del ensayo a causa de las deformaciones plásticas y a las cargas cíclicas, incluso
aquellas que no producen flujo plástico [4]. La predicción de la vida a fatiga por fretting
se ha realizado según los siguientes casos:



Sin tener en cuenta las tensiones residuales.
Considerando el campo de tensiones residuales sin relajar.
Mediante un modelo en el cuál se incluye la relajación de las tensiones
residuales con el número de ciclos de carga.
Todas las estimaciones de vida realizadas son comparadas con los resultados
experimentales obtenidos con objeto de entender el efecto que tiene la relajación de las
tensiones residuales en la fatiga por fretting.
Referencias
[1] J. Vázquez, C. Navarro, J. Domínguez. Comportamiento del shot y laser peening
frente a la fatiga por fretting, XVIII CNIM 2010.
[2] C. Navarro, M. García, J. Domínguez. A procedure for estimating the total life in
fretting fatigue, Fat. Fract. Engng. Mater. Struct., 26 (2003), 459-468.
[3] T. Zhao, Y. Jiang. Fatigue of 7075-T651 Aluminium Alloy, Int. J. Fat., 30 (2008),
834-849.
[4] M. R. James, Relaxation of Residual Stresses - An Overview, Adv. in Sur. Treat.
Technol. Appl. Eff., 4 (1987), 349-365.
102 Fractura y fatiga Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Triaxialidad en probetas SPT entalladas: efecto de
la geometría, configuración, temperatura y proceso
de fabricación
I. PEÑUELAS, R. MONTERO, C. RODRÍGUEZ
Dpto. Construcción e Ingeniería de Fabricación, EPSIG. Universidad de Oviedo
penuelasines@uniovi.es
F.J. BELZUNCE, E. CÁRDENAS
Dpto. Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica, EPSIG. Universidad de Oviedo
El presente trabajo tiene como objeto el estudio de la influencia de la geometría y de la
profundidad de la entalla en la triaxialidad y comportamiento a fractura de distintas
probetas SPT entalladas, tras la realización del ensayo miniatura de punzonado o Small
Punch Test (SPT) [1]. Como consecuencia del pequeño tamaño de las probetas SPT, el
método de realización de la entalla tiene gran importancia en el comportamiento de
dichas probetas, estudiándose en este trabajo entallas obtenidas mediante
micromecanizado y mediante técnicas láser. Para ello se han realizado simulaciones
numéricas de probetas SPT entalladas [2], obtenidas mediante estos dos procesos
(micromecanizado y láser), de diferentes espesores t=0.5 mm y t=1 mm, y distintas
geometrías de entalla, con profundidades relativas a/t=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 y 0.6 (donde
a es la profundidad de la entalla), y tres configuraciones diferentes, consistentes en una
probeta con entalla central circular de diámetro 3 mm; una probeta con entalla
longitudinal; y una probeta con entalla longitudinal y transversal. Las simulaciones se
han realizado mediante el código comercial de elementos finitos ABAQUS,
considerando grandes deformaciones y contactos. Las probetas han sido simuladas
mediante una malla 3D con elementos cuadriláteros de 8 nodos e integración reducida.
La baja velocidad de punzonado del ensayo real (0.2 mm/min) permite considerar
análisis cuasiestáticos. Se han estudiado tanto ensayos a temperatura ambiente como a
baja temperatura. En el primer caso, el daño se produce mediante fallo dúctil y el modelo
micromecánico de daño utilizado es el modelo de Gurson-Tveergard-Needleman (GTN).
En el caso de ensayos a baja temperatura, el micromecanismo de fallo es el clivaje, y el
modelo de fallo es utilizado una combinación del modelo de Ritchie, Knott y Rice
(RKR) y las consideraciones de Chen, Wang y Yan [3,4].Para cada una de las
configuraciones analizadas se ha determinado la triaxialidad en el instante en el que se
comienza a producir el crecimiento de grieta. Se ha estudiado asimismo la evolución de
la triaxialidad con la carga en todos los casos simulados.
Referencias
[1] I. Peñuelas et al. Inverse determination of the elastoplastic and damage parameters
on small punch tests. Fatigue & Fract. Engng. Mat. & Struct., 32 (2009), 872-885.
[2] I. Peñuelas et al. Análisis de la determinación de la tenacidad a fractura mediante el
ensayo SPT. Anales de Mecánica de la Fractura, 26 (2009), 572-577.
[3] J.H. Chen et al. Fracture behavior at crack tip — a new framework for cleavage
mechanism of steel. Acta Materialia, 51 (2003), 1841-1855.
[4] G.Z. Wang et al. Effects of geometry of notched specimens on the local cleavage
fracture stress σf of C–Mn steel. Egng. Fracture Mechanics, 70 (2003), 2499-2512.
Fractura y fatiga 103 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Nueva configuración de ensayo para análisis de
modo mixto (I/II) de fractura interlaminar de
composites
A.I. BOYANO, A. ARRESE, F. MUJIKA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del Pais Vasco, UPV-EHU
ana.boyano@ehu.es
En el presente trabajo se propone una nueva configuración de ensayo para el análisis del
modo mixto de fractura interlaminar de composites.
La nueva configuración está basada en el ensayo de flexión de tres puntos, al que se le
añade un rodillo entre ambos brazos de la grieta para obtener el modo I o de apertura,
además del modo de deslizamiento o modo II. .
L
L
Se expone el desarrollo teórico para obtener las tasas de liberación de energía
correspondientes a cada uno de los modos, GI y GII, utilizando como referencia la
descomposición de modos de J.G. Williams [1] y aplicando el segundo teorema de
Castigliano.
El aspecto más interesante de esta propuesta es que variando el radio del rodillo y la
distancia a la que se coloca, se pueden obtener distintas combinaciones de modos de
fallo I/II. La descomposición propuesta se aplica al caso de un material de matriz epoxi
reforzado con fibra de carbono.
Referencias
[1] Williams, J. G.. On the calculation of energy release rates for cracked laminates,
International Journal of Fracture, (1988), 36(2), 101-119.
104 Fractura y fatiga Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Apliación de Emisión Acústica (EA) al estudio del
comportamiento micro-mecánico de los AHSS
E. MARTÍNEZ-GONZÁLEZ, J. ROMEU
Laboratori d’Enginyeria Acústica i Mecànica (LEAM). Dpto. Ingeniería Mecánica (DEM).
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
eva.martinez@leam.upc.edu
I. PICAS, D. CASELLAS
Depto. Tecnología de materiales. Centre Tecnològic de Manresa (CTM)
Se estima que la rotura en aceros para herramientas empieza en la fractura de los
carburos, a pesar de que el inicio de la fractura es difícil de evaluar. En este trabajo se ha
utilizado la técnica de emisión acústica (EA) durante el ensayo de flexión de diversas
probetas de este tipo de aceros con características muy diferentes en cuanto al tipo de
carburos y sus dimensiones.
Analizando los resultados obtenidos de las señales de EA, y con ayuda de las imágenes
microscópicas de la superficie, es posible identificar el inicio de rotura de los carburos y
la evolución de la fractura. Se puede relacionar el tipo de fractura y el inicio de las
mismas con algunos parámetros de las señales de EA.
Referencias
[1] I. Picas et al. Mechanical performance of tools in cold forming high strength steels,
Association for Iron and Steel Technology, New developments in advanced high
strength sheet steels, Orlando (2008), 391-400.
[2] K. Fukaura et al. Acoustic emisión análisis of carbide cracking in tool steels, J.
Acoustic Emission., 19 (2001), 91-99.
Fractura y fatiga 105 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio temporal del factor de intensidad de
tensiones en un eje fisurado
P. RUBIO, B. MUÑOZ-ABELLA, L. RUBIO
Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid.
lrubio@ing.uc3m.es
Gran parte de de los fallos en servicio de las máquinas rotatorias de responsabilidad
(turbinas, bombas y compresores) están relacionados con la aparición y el crecimiento de
fisuras de fatiga en uno de sus elementos constitutivos principales: los ejes. En los ejes,
al igual que en cualquier elemento mecánico, las fisuras de fatiga se inician en zonas con
defectos e imperfecciones y se propagan como consecuencia de las tensiones cíclicas
debidas a su funcionamiento. Por lo tanto, se hace necesario el desarrollo de métodos
fiables que permitan conocer la velocidad de propagación de la fisura, y partir de ella,
estimar la vida remanente del eje. Utilizando los conceptos de mecánica de la fractura, es
posible relacionar la propagación de una fisura sometida a esfuerzos cíclicos con la
variación del Factor de Intensidad de Tensiones (FIT). Por otra parte, durante el giro de
un eje fisurado se produce el fenómeno de ‘breathing’ que consiste en que la fisura se
abre y se cierra alternativamente dependiendo de si se encuentra sometida a esfuerzos de
tracción o de compresión respectivamente. Es posible conocer el grado de apertura de la
fisura con el estudio de los valores del FIT en el frente de la misma. Valores positivos
del FIT indican que la fisura se encuentra sometida a esfuerzos de tracción y que se
encuentra abierta, y por el contrario valores negativos del FIT indican que la fisura se
encuentra sometida a esfuerzos de compresión y que se encuentra cerrada. Es posible,
por lo tanto, conocer el estado de apertura en el que se encuentra la fisura mediante el
análisis del signo del FIT a lo largo del frente. En las últimas décadas se han
desarrollado diferentes estudios para modelar el paso entre los estados completamente
abierto y cerrado de la fisura [1,2], también algunos autores han desarrollado diferentes
estudios para calcular la variación del FIT en ejes giratorios con una fisura transversal
sometidos a las fuerzas gravitatorias (3), pero sin considerar el mecanismo de apertura y
cierre de la fisura durante el giro. En este trabajo se presenta un estudio numérico de
cálculo del FIT a lo largo del frente de la fisura considerando el mecanismo de apertura y
cierre de la misma durante el giro. Para ello, se ha realizado un modelo tridimensional
por elementos finitos del eje fisurado y se ha calculado la variación del FIT en función
del ángulo de giro del eje. Asimismo se ha determinado el instante en el que el FIT
cambia de signo y por tanto, el instante en el que la fisura pasa de estar abierta a estar
cerrada y su grado de apertura.
Referencias
[1] Papadopoulos, CA. The strain energy release approach for modeling cracks in
rotors: a state of the art rewiew, Mechanical System and Signal Processing, 22
(2008), 763-789.
[2] Gasch, R. Dynamic behaviour of the laval rotor with a transverse crack, Mechanical
Systems and Signal Processing., 22 (2008), 790-804.
[3] Carpinteri A, Brighenti R, Spagnoli A. Surface flaws in cylindrical shafts under
rotary bending, Fatigue Fract. Eng. Mat. Struct., 21 (1998), 1027-1035.
106 Fractura y fatiga Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis del error relativo en KII en problemas de
contacto en caras de grieta mediante X-FEM
M. SABSABI, E. GINER, M. TUR, F.J. FUENMAYOR
Dpto. de Ingeniería Mecánica y de Materiales-CITV.
Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022-Valencia
mosab@doctor.upv.es
En los últimos años, el análisis de contacto en caras de grieta mediante el método de
elementos finitos extendido (X-FEM) ha despertado gran interés en la literatura. Una de
las razones es que el modelado del contacto en caras de grieta mediante el método XFEM plantea ciertas dificultades, existiendo varios métodos disponibles para su
modelado [1-4].
En este trabajo se ha modelado el contacto en caras de grieta (sin fricción y considerando
fricción) con dos objetivos: por un lado, determinar las condiciones de contacto
(adhesión, deslizamiento, apertura), y por otro, calcular el factor de intensidad de
tensiones en modo II de apertura, KII. Para ello, se ha utilizado la integral de dominio J
incorporando la integral de línea Jp para considerar la fricción entre caras de grieta. Para
llevar a cabo este estudio se han utilizado dos implementaciones: un enfoque basado en
restricciones puntuales y otro, más elaborado, basado en un planteamiento segmentosegmento (método mortar).
Se ha considerado un problema de referencia que consiste en una placa que contiene una
grieta de longitud 2a, sometida a una tensión remota tangencial (problema de
Westergaard). Se ha modificado la solución de Westergaard para considerar el contacto
en caras de grieta aplicando una tensión normal remota y la fricción en caras de grieta.
Para analizar el error relativo en KII y obtener la velocidad de convergencia de la
solución se han empleado tanto mallas estructuradas como no estructuradas con
refinamiento h-uniforme, estudiando el problema sin fricción y con fricción. Los
resultados obtenidos han mostrado que el método mortar permite calcular mucho mejor
las tensiones locales a lo largo de la grieta con y sin fricción en comparación con el
método de restricciones puntuales, presentando una velocidad de convergencia de la
solución muy próxima a la óptima.
Referencias
[1] J. Dolbow, N. Moës, T. Belytschko. An extended finite element method for modeling
crack growth with frictional contact, Comp Meth Appl Mech Engng., 190 (2001),
6825-6846.
[2] R. Ribeaucourt, MC. Baietto-Dubourg, A. Gravouil. A new fatigue frictional contact
crack propagation model with the coupled X-FEM/LATIN method, Comp Meth Appl
Mech Engng., 196 (2007), 3230-3247.
[3] F. Liu, RI. Borja. A contact algorithm for frictional crack propagation with the
extended finite element, Int J Numer Meth Engng., 76 (2008), 1489-1512.
[4] E. Giner, M. Tur, JE. Tarancón, FJ. Fuenmayor. Crack face contact in X-FEM using
a segment-to-segment approach, Int J numer Meth Engng., (2009), DOI:
10.1002/nme.2813.
Fractura y fatiga 107 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Efecto de la corrosión en la resistencia a la tracción
de las aleaciones UNS A92024 y UNS A97075
J.E. DÍAZ, R. BIENVENIDO, M. MARCOS, P.F. MAYUET, J.M. GEREZ
Dpto. Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial. Universidad de Cádiz
enrique.diaz@uca.es
Actualmente, en la industria aeroespacial se utilizan aleaciones de aluminio en la
fabricación de una buena parte de los elementos estructurales de la aeronave, debido a su
excelente relación peso/propiedades físico-químicas/coste. La mejora de las propiedades
físico-químicas de los materiales, supone uno de los retos en la investigación
encaminada a la optimización del comportamiento funcional de estos elementos. Así, la
obtención de una mayor resistencia a la corrosión de la aleación cuando se encuentra en
servicio sometida a diferentes cargas, constituye uno de los objetivos fundamentales de
diseño [1]. En el caso de la industria aeronáutica, los daños más importantes de deben a
la Corrosión Bajo Tensión (CBT), a la Tensión Tras Corrosión (TTC) y a la acción
combinada de la corrosión y la fatiga (C-F).
La corrosión deteriora gradualmente las estructuras aeronáuticas a lo largo de su vida
operativa. Uno de los efectos es la pérdida de propiedades mecánicas y, en concreto, la
disminución de la resistencia a la tracción. En este trabajo se obtienen resultados del
efecto de la exposición a la corrosión en la resistencia a la tensión de las aleaciones
UNS A92024 y UNS A97075 en condiciones de TTC.
Para ello, se han dispuesto muestras de ensayo planas, que se sometieron a procesos de
corrosión acelerada CNS de 24 a 300 horas. Posteriormente, se sometieron a ensayos de
tracción. Paralelamente, una primera referencia del daño se ha llevado a cabo mediante
el uso combinado de técnicas de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y
Espectroscopía de Dispersión de Energía (EDS).
Los resultados obtenidos han mostrado una especial sensibilidad a la corrosión de la
aleación UNS A97050 en ambientes marinos debida, principalmente, a la presencia de
unos intermetálicos de carácter catódico compuestos de Al(Cu,Fe), Al(Cu,Mg) y otros
con comportamiento anódico con composición Al(Si,Mg). El aspecto superficial de las
muestras de ensayo muestra que la corrosión se ve condicionada por la integridad
superficial.
Referencias
[1] A. Aballe, M. Bethencourt, F. J. Botana, M. J. Cano, M. Marcos. Influence of the
Degree of Polishing of Alloy AA5083 on its Behaviour Against Localized Alkaline
Corrosion, Corrosion Science, 46 (2004), 1909-1920.
108 Materiales Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Influencia de los parámetros del proceso SAW
multipasada en el valor del CTOD de un acero HSLA
J.M. PORTELA, R.E. GONZÁLEZ-PALMA, J.M. GONZÁLEZ, F.J. VICARIO, A. MUÑOZ
Departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial. Universidad de Cádiz
josemaria.portela@uca.es
Los aceros micro aleados de alto límite elástico (HSLA), están teniendo una gran
penetración en el mercado en los últimos tiempos gracias al ahorro en peso que supone
su uso, sin perder las propiedades mecánicas de la estructura en las que son usados. En
los últimos años estos aceros están penetrando con fuerza sobre todo en el sector de la
automoción, por el ahorro de peso que supone, y donde los espesores de chapa son
pequeños (usándose sobre todo en partes del chasis/carrocería y suspensiones). En
nuestro estudio, vamos a centrarnos en el uso de un acero tipo HSLA en grandes
estructuras, donde los espesores son considerablemente mayores, pudiendo alcanzar
fácilmente los 150 e incluso los 200mm. de espesor.
En estos espesores es indispensable el uso de métodos de unión que garanticen la
longevidad y comportamiento mecánico de la estructura, a la vez que permitan un
rendimiento elevado en el material de aporte de la unión. A partir de lo expuesto
anteriormente, se realizará un estudio sobre piezas de 75mm. de espesor soldadas por el
proceso de arco sumergido, en la técnica de multipasada. Estos tipos de aceros son
sometidos a un estricto control de sus parámetros de soldadura para asegurar una baja
energía neta aportada en el cordón de soldadura, manteniendo de esta forma unos valores
de tenacidad adecuados en la zona afectada por el calor. El trabajo consistirá en el
análisis de los valores obtenidos de dureza, resiliencias y tenacidad, y el estudio de los
puntos con mayor fragilidad de la ZAT (productos de transformación en el enfriamiento
en la ZAT).
El control del tamaño de grano es fundamental en el resultado final de la unión.
Numerosos autores han estudiado el efecto de los precipitados y la microestructura
inicial sobre el tamaño de grano en los aceros tipo HSLA [1].
Referencias
[1] D. San Martín, F. G. Caballero, C. Capdevila, C. García-de-Andrés. Estudio y
modelización de la influencia de las partículas de segunda fase sobre el crecimiento
de grano austenítico en un acero microaleado con niobio, Rev. Metal Madrid 42, 2
(2006), 128-137.
Materiales 109 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Ciclo térmico de aceros microaleados de alta
resistencia 450 EMZ tipo II en el simulador de
soldadura
R. GONZÁLEZ-PALMA, A.MUÑOZ, F.J. CAAMAÑO, J.M. PORTELA
Departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial, Universidad de Cádiz
F.MOLLEDA
Universidad Politécnica de Madrid, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales, Departamento de
Construcciones Navales
J.C FORTES-GARRIDO
Departamento de Ingeniería Mecánica, Minera y Energética,Universidad de Huelva
rafael.gonzalez@uca.es
El calor aportado durante el soldeo produce, en el material base, complejos ciclos
térmicos no convencionales, que dan lugar a una serie de fenómenos, como son los
cambios microestructurales producidos en la ZAC, las tensiones residuales [2] y las
modificaciones que se producen en la resistencia y la tenacidad a la fractura.El estudio
del flujo de calor originado por el ciclo térmico, se puede hacer desde un punto de vista
analítico o numérico. El estudio analítico del ciclo térmico se estudia mediante las
ecuaciones de Rosenthal. Nuestro trabajo experimental fue llevado a cabo en tres
probetas de acero grado 450 EMZ tipo II, de dimensiones 160 mm x 25 mm de 5 mm de
espesor, numeradas 3, 4 y 5. El simulador de soldadura se usa para verificar,
experimentalmente, los resultados obtenidos desde un punto de vista teórico. Asimismo,
simular que el ciclo térmico es útil en condiciones de laboratorio, para obtener
información de los cambios microestructurales de la ZAC. Con los parámetros de
soldadura y propiedades del material 450 EMZ, anteriormente comentadas, y para los
distintos termopares de las tres probetas ensayadas, se obtuvieron los registros
temperatura-tiempo, tomados directamente del registrador del simulador (Fig. 5-probeta
3, termopar a 0,80 mm del ECS).
55
50
45
TEMPERATURA
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
TIEMPO
4
4,5
5
5,5
6
Referencias
[1] R. González-Palma, F. Carrillo.Olivares. Tensiones Residuales. Su studio por el
método del agujero negro ciego, Rev, Soldadura 51 (1998) 9-22.cience, 46 (2004),
1909-1920.
110 Materiales Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis cuantitativo de las transformaciones de
fase mediante DRX en aleaciones con memoria de
forma NiTi
S. DE LA FLOR, C. URBINA, A. FABREGAT, F. FERRADO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad Rovira i Virgili
silvia.delaflor@urv.net
En el presente artículo se analizan los procesos de transformación de fase presentes en
una aleación equiatómica con memoria de forma (SMA) NiTi en función del tratamiento
térmico aplicado, utilizando como técnica de caracterización la Difractometría de Rayos
X (DRX) y la variación de la resistividad eléctrica con la temperatura. Con un
tratamiento adecuado de los resultados obtenidos para DRX y comparando ambas
técnicas se puede mejorar y aclarar la interpretación de la variación de la resistividad
eléctrica con la temperatura que, en presencia de fase-R, es difícil de interpretar o, en
algunos casos, las interpretaciones obtenidas de la literatura son contradictorias. Para
conseguir estos objetivos se realizan tratamientos térmicos (HT) de recocido durante 1 h
en alambres de 1 mm de diámetro de la casa Euroflex (SM495), a 4 temperaturas
diferentes: 450ºC, 475ºC, 500ºC y 525ºC con un templado al agua posterior. Estas
temperaturas son elegidas especialmente para asegurar la presencia de fase-R en distintas
proporciones. Para cada temperatura de recocido, se realiza posteriormente un ciclado
térmico a tensión cero (50 ciclos) dentro del rango de las temperaturas de transformación
para analizar la evolución, estabilización y/o incremento de la fase-R. Para la
determinación de la proporción de las distintas fases presentes en cada muestra
(austenita, martensita y fase-R) se realizan ensayos de DRX obteniendo sucesivos
difractogramas a cada temperatura en muestras de 12x10 mm2 en un rango de
temperaturas entre -15ºC y 120ºC. Las medidas de la variación de la resistencia eléctrica
con la temperatura se obtuvieron mediante un multímetro acoplado a una cámara térmica
con rango de trabajo entre -15ºC y 120ºC. Comparando los resultados de ambas técnicas
se puede concluir que: (1) para aquellas muestras donde ya existía una fase-R altamente
desarrollada debido al HT previo, el ciclado térmico provoca un incremento en la
martensita retenida, disminuyendo ligeramente la presencia de fase-R. (2) Para aquellas
muestras donde la fase-R era prácticamente inexistente, el ciclado térmico provoca el
desarrollo de dicha fase hasta cierto grado de saturación, nivel que depende del % inicial
de fase-R. (3) La fase-R es la principal causante de los cambios bruscos en las curvas de
resistividad, y no la transformación martensítica (como se apunta en [1]). En
consecuencia, si la fase-R es casi inexistente, los DRX es el mejor instrumento en la
detección de los cambios de fase. (4) El inicio y final de la transformación martensítica
puede venir enmascarado por transformación de fase-R en las curvas de resistividad,
siendo los DRX, en estos casos de nuevo, el mejor instrumento en la detección del inicio
y final de la transformación martensítica.
Referencias
[1] S.K.Wu, H.C.Lin, T.C.Lin. Electrical resistivity of Ti–Ni binary and Ti–Ni–X (X =
Fe, Cu) ternary shape memory alloys, Mater. Sci. Eng. A, 438-440 (2006), 536-539.
Materiales 111 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Modelo térmico láser con transformaciones
intermedias en calentamiento
E. UKAR, S. MARTÍNEZ, A. LAMIKIZ, I. TABERNERO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco UPV/EHU
Eneko.ukar@ehu.es
El presente artículo muestra el desarrollo de un modelo térmico aplicado a procesos de
tratamiento superficial empleando un láser como fuente de energía. En el procesado láser
en general y en los tratamientos superfciales en particular, es habitual la puesta a punto
mediante técnicas de ensayo y error. Así, el empleo de modelos térmicos para la
predicción del campo térmico introduce una herramienta capaz de ahorrar o incluso
eliminar el número de ensayos realizados para poner a punto un proceso de este tipo.
En la bibliografía es posible hallar modelos específicos para el procesado láser de
materiales como la soldadura, el corte o el temple por láser. Aunque todos ellos se
fundamentan en la determinación del campo térmico, y comparten una base común que
es el cálculo del campo térmico mediante la ecuación de transmisión de calor, en cada
caso, las simplificaciones y parámetros considerados son diferentes.
La gran ayoría de modelos numéricos desarrollados no incluyen efectos como las
transformaciones de fase que pueden sufrir los materiales o el efecto de otras no
linealidades como propiedades del material dependientes de la temperatura. Así, el
trabajo aquí presentado incluye transformaciones difusivas de estado sólido y su efecto
sobre el balance energético en la predicción del campo térmico. También se ha incluido
la variabilidad de las propiedades del material con la temperatura. Finalmente, el modelo
ha sido validado mediante técnicas pirométricas y análisis metalúrgico de probetas
obteniendo un ajuste satisfactorio.
Referencias
[1] J.M. Dowden. The mathematics of termal modelling, Ed. Chapman & Hall – CRC
(2001); ISBN: 1-58488-230-1.
[2] E. Ukar et al. Laser polishing operation for die and moulds finishing. Advanced
Materials Research. Vols.83-86 (2010) pp.818-825
112 Materiales Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comportamiento frente al desgaste de la aleación
Ti6Al4V nitrurada con energía solar concentrada
G. HERRANZ, G.P. RODRÍGUEZ, R. ALONSO
Grupo de Materiales Metálicos, ETSII-UCLM.
Gemma.Herranz@uclm.es
La utilización de las aleaciones de titanio es cada vez más frecuente debido a sus buenas
propiedades (mecánicas, químicas, biocompatibles…) pero su uso generalizado en
aplicaciones de ingeniería se ve limitado por su baja resistencia al desgaste. La
modificación de su superficie es una de las soluciones planteadas y, entre ellas, la
nitruración gaseosa con N2 a altas temperaturas supone una alternativa económica a las
técnicas de obtención de capas modificadas mediante implantación iónica, nitruración
por plasma, CVD, PVD, o tratamientos con láser.
El grupo de Materiales Metálicos de la UCLM viene estudiando la posibilidad de la
utilización de la Energía Solar Concentrada (ESC) para la nitruración gaseosa a altas
temperaturas de la aleación de titanio Ti6Al4V obteniendo resultados muy interesantes.
Los tratamientos de nitruración gaseosa se han realizado utilizando una Lente de Fresnel
de 1 m de diámetro y con un factor de concentración de 2644 situada en la ETSIIUCLM. Se ha estudiado el efecto de la temperatura y del tiempo de calentamiento en la
microestructura, en las capas de nitruración y en la resistencia al desgaste. Los mejores
resultados se han obtenido realizando el proceso a 1200ºC durante 15 minutos. En estas
condiciones se observa la formación de una capa externa de TiN (2600HK), seguida de
una capa de Ti2N (1200HK) y de una capa de difusión endurecida por solución sólida
intersticial. El estudio muestra además de una importante reducción en el tiempo de
tratamiento (en un horno convencional el tiempo de nitruración es superior a 6 horas) un
incremento en la resistencia al desgaste frente al método convencional de nitruración.
Materiales 113 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evaluación de las propiedades mecánicas de
recubrimientos realizados por plaqueado láser en
Inconel 718
I. TABERNERO, A. LAMIKIZ, E. UKAR, E. ARTETXE
Dpto. Ingeniería Mecánica. Univ. del País Vasco UPV/EHU
Ivan.tabernero@ehu.es
J. DELGADO
Grup d’enginyeria produte, procés i producció. Universitat de Girona
El presente trabajo presenta los resultados de una serie de ensayos de caracterización de
las propiedades mecánicas del plaqueado láser de INCONEL 718. El plaqueado láser es
una técnica utilizada en la fabricación rápida y reparación de componentes de alto valor
añadido. Dado que el plaqueado láser es una técnica que permite alta selectividad en el
aporte de material, alta calidad de unión entre el substrato y el material aportado y zonas
afectadas térmicamente muy reducidas y localizadas, es una técnica óptima para su
empleo en componentes de alto valor añadido y alta responsabilidad mecánica. Un caso
común es el empleo del plaqueado láser en componentes de turbopropulsores fabricados
en aleaciones base titanio y base níquel. Dentro de las aleaciones base níquel, una de las
más utilizadas en componentes aeronáuticos es el Inconel 718, ya que garantiza las
propiedades mecánicas a temperaturas superiores a 650ºC. Dado que este material
presenta un elevado coste, el plaqueado láser se puede utilizar para la reparación de
piezas en servicio, evitando la generación de chatarra, o para la fabricación rápida de
componentes de este material, reduciendo el tamaño de la forja de partida. Sin embargo,
a pesar de que hay diversos trabajos que han evaluado la capacidad del plaqueado láser
para este material e incluso se han encaontrado referencias de su uso pre-industrial, no
existen datos de la resistencia mecánica de las piezas fabricadas con este método
utilizando diferentes estrategias de aporte. Para ello se han realizado una serie de
ensayos de aporte sobre Inconel 718 para la fabricación probetas de tracción. Se
proponen dos tipos: probetas: Substrato-material de aporte y solamente material de
aporte. (Figura 1).
Los resultados muestran que hay una influencia notable de la estrategia de aporte en las
propiedades mecánicas.
Referencias
[1] Z. Xiong, G. Chen, X. Zeng. Effects of process variables on interfacial quality of
laser cladding on aeroengine blade material GH4133. Journal of Materials
Processing Technology, Volume 209, Issue 2, 19 January 2009, Pages 930-936.
114 Materiales Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Simulación del proceso de temple por láser en
piezas de geometría compleja
S. MARTÍNEZ, E.UKAR, A.LAMIKIZ
Dpto. Ingeniería Mecánica. Univ. del País Vasco UPV/EHU
silvia.martinez@ehu.es
D. DEL POZO
Centro Tecnológico Robotiker - Tecnalia
R. VILLASECA
BATZ S. Coop
A pesar de que el temple por láser se emplea en piezas con geometría compleja o en
zonas limítrofes donde hay un contacto entre piezas los diversos estudios sobre este
proceso se basan en la evaluación de durezas o zonas afectadas térmicamente en
superficies planas[1]. El principal problema del temple por láser se da en la entrada y
salida del láser sobre la pieza o en zonas con cambio brusco de geometría donde se
produce un sobrecalentamiento local, o lo que comúnmente se denomina como efecto
borde.
En el trabajo presentado se ha evaluado el proceso de temple por láser sobre distintas
geometrías complejas con una fuente láser de diodos de alta potencia en forma de tophat, y se ha realizado una estimación de dureza y espesor afectado térmicamente
teniendo en cuenta la fracción de material que ha llegado a la temperatura de
austenización para aceros con alto contenido en carbono, el acero de herramientas AISI
D2. Como herramienta para las simulaciones se ha hecho uso de LATHEM un programa
de simulación térmica en 3D de desarrollo propio que es capaz de predecir la
temperatura alcanzada en la pieza teniendo en cuenta el robo energético que provocan
las transformaciones del material en estado sólido.
Referencias
[1] Ritesh S. Lakhkar, Yung C. Shin, Matthew John M. Krane. Predictive modeling of
multi-track laser hardening of AISI 4140 steel, Materials Science and engineering,
480, (2008), 209-217.
Materiales 115 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comportamiento tribológico del acero AISI H13
mecanizado por electroerosión (EDM)
G.P. RODRÍGUEZ, G. HERRANZ, V. VELASCO, J. SIMAO
Grupo de Materiales Metálicos, ETSII-UCLM.
Gloria.Rodriguez@uclm.es
Los aceros de trabajado en caliente se utilizan habitualmente en la industria para la
fabricación de piezas sometidas a desgastes severos. Debido a su elevada dureza es
necesario recurrir a técnicas no convencionales de mecanizado como es el caso de la
electroerosión o electrodescarga (EDM). Pero esta técnica introduce modificaciones en
las piezas que pueden afectar a su integridad superficial y a su comportamiento
tribológico. Es por ello que existe un gran interés tecnológico en optimizar el proceso
EDM con el fin de obtener piezas de elevada resistencia al desgaste. El objetivo
fundamental de este trabajo consiste en estudiar el comportamiento tribológico de un
acero de herramientas de trabajado en caliente (AISI H13) procesado mediante
electroerosión (EDM). Se comparan los resultados obtenidos sobre el material bajo tres
condiciones de procesado distintas: a) Acero mecanizado mediante EDM con electrodos
convencionales de Grafito y Cobre; b) Aceros mecanizados mediante EDM con
electrodos pulvimetalúrgicos parcialmente sinterizados de WC/Co; c) Aceros
mecanizados mediante EDM con electrodos convencionales y recubiertos posteriormente
con TiN mediante deposición física en fase vapor (PVD). Las muestras ensayadas se han
caracterizado mediante microscopía óptica y electrónica (SEM), difracción de RX,
medidas de rugosidad y microdureza. El estudio del comportamiento tribológico se ha
completado con ensayos de desgaste utilizando una máquina pin-on-disc. Los mejores
resultados se obtienen en las muestras electroerosionadas con electrodos
pulvimetalúrgicos parcialmente sinterizados de WC/Co. Bajo estas condiciones se
obtienen piezas con mayor resistencia al desgaste, mayor dureza y mejor integridad
superficial que las probetas mecanizadas con electrodos convencionales. Esta mejora en
las propiedades se debe a que la aleación superficial producida por la incorporación de
material desde el electrodo pulvimetalúrgico disminuye la presencia de microgrietas en
la superficie. Aunque el recubrimiento de TiN sobre las muestras mecanizadas con
electrodos convencionales permite obtener piezas con mayor dureza superficial no se
observa una mejora en la resistencia al desgaste cuando se compara con las probetas
mecanizadas con electrodos no convencionales sin recubrimiento. Esto es debido a que
aunque se evita que las grietas accedan a la superficie siguen presentes en las capas
subsuperficiales afectando al comportamiento frente al desgaste del material.
116 Materiales Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Predicción de tensiones residuales en el torneado
de Inconel 718
I. TORRANO, P.J. ARRAZOLA, I. LLANOS, J. SORIANO, O. BARBERO
Escuela Politécnica Superior de Mondragon Unibertsitatea, Departamento de Mecánica y Producción
Industrial
pjarrazola@eps.mondragon.edu
I. FERNÁNDEZ, K. OSTOLAZA
Industria de turbopropulsores S.A., Edificio 300, Parque Tecnológico de Zamudio; Zamudio, España
El proceso de formación de viruta es un fenómeno complejo, en el cual, y a pesar de los
grandes avances realizados durante los últimos años existen todavía aspectos que
resultan ser poco conocidos. A día de hoy, uno de los problemas más complejos de ser
entendidos es el de las tensiones residuales superficiales generadas durante el proceso de
mecanizado. El presente artículo muestra la labor realizada en torno al desarrollo de un
modelo de corte en tres dimensiones para la simulación de procesos de mecanizado
industriales, que ha sido desarrollado y puesto a punto en el programa de
Abaqus/Explicit. Se analizan sus principales ventajas e inconvenientes, y se comparan
los resultados obtenidos en diferentes condiciones de trabajo, con los de los programas
comerciales de elementos finitos AdvantEdge y Deform, así como con los resultados
experimentales obtenidos en torneado. Los ensayos se han realizado sobre Inconel 718.
Los efectos obtenidos en torneado muestran, por un lado, la influencia de las condiciones
de trabajo (velocidad de corte, avance por vuelta) además de sobre las fuerzas de corte y
temperaturas, en la generación de las tensiones residuales, y por otro, y para
determinados casos, el buen grado de acuerdo cualitativo de la modelización mediante
elementos finitos para predecir la influencia de las condiciones de trabajo en la
generación de tensiones residuales superficiales.
Referencias
[1] D. Umbrello, J.C. Outeiro, R. M’Saoubi, Modelling and Validation of the Residual
Stresses Induced in Machining AISI 316L Steel, Proceedings of the 9th CIRP
International Workshop on Modeling Machining Operations, págs. 467-474, 2006.
Mecanizado 117 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Sistema de monitorización simultánea del desgaste
del flanco y la rugosidad superficial en torneado en
seco
D.R. SALGADO, F.J. ALONSO, I. CAMBERO
Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de los Materiales. Universidad de Extremadura
drs@unex.es
A. GONZÁLEZ
Centro Universitario de Mérida. Universidad de Extremadura
En este trabajo se presenta un sistema de monitorización capaz de estimar tanto el
desgaste del flanco de la herramienta como la rugosidad superficial de forma simultánea
en un proceso de torneado en seco de acero. En el diseño de este sistema de
monitorización se ha puesto como premisa que la información de las señales obtenidas
durante el mecanizado fuese la misma para la detección del desgaste y la rugosidad
superficial, con el objetivo de que el sistema tenga además de un coste reducido por no
emplear un elevado número de sensores, un tiempo de computación lo suficientemente
reducido como para que el sistema de control pueda actuar sobre el proceso antes de que
los umbrales prefijados para el desgaste del flanco o la rugosidad superficial fuesen
superados.
Las señales monitorizadas durante el mecanizado son la intensidad de corriente
consumida por el motor de avance y las vibraciones. La señal de la intensidad de
corriente ha sido empleada para estimar la fuerza en la dirección de avance, por ser una
señal muy relacionada con el desgaste del flanco. Las vibraciones han sido procesadas
mediante la técnica conocida como Singular Spectrum Analysis (SSA), y su
descomposición ha sido empleada tanto para la estimación del desgaste de la herramienta
como para la estimación de la rugosidad superficial. Estos datos de entrada al sistema
junto con las condiciones de corte (velocidad de corte, velocidad de avance y
profundidad de pasada) y los datos relativos a la geometría de la herramienta (radio de la
punta y ángulo) constituyen los datos de entrada al sistema de monitorización
desarrollado. El sistema desarrollado tiene una exactitud aceptable tanto en la estimación
del desgaste como de la rugosidad como se desprende de los ensayos de validación
realizados.
El objetivo final de estos sistemas es conseguir el mecanizado desatendido, con el
objetivo a su vez de aumentar la fiabilidad y la productividad del proceso. El desarrollo
de estos sistemas es una de las líneas prioritarias marcadas por la CIRP [1] para su
investigación y desarrollo en la comunidad científica. Además se hace especial énfasis
en el coste de los sistemas para que éstos puedan emplearse en la industria, rechazando
así los primeros trabajos propuestos en los que los sistemas propuestos empleaban
muchos sensores y cuyos costes los hacía inviables para su aplicación real.
Referencias
[1] G. Byrne, D. Dornfeld, I. Inasaki, G. Ketteler, W. Konig, R. Teti, Tool condition
monitoring—status of research and industrial application, Ann. CIRP, 44(2),
(1995,) 541–657.
118 Mecanizado Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Taladrado profundo para la manufactura de partes
estructurales monolíticas
D. OLVERA
Tecnológico de Monterrey
L.N. LÓPEZ DE LACALLE, A. FERNÁNDEZ, D. OLVERA
Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad del País Vasco
implomal@bi.ehu.es
De acuerdo a [1], el taladrado profundo es uno de los procesos más importantes de entre
los distintos procesos de evacuación de viruta principalmente por el consumo de tiempo
de máquina. En este trabajo se presenta el taladrado profundo por brocas helicoidales
como alternativa para manufacturar componentes de peso reducido y máxima rigidez.
Una etapa previa se dedico a la optimización del desempeño de las herramientas para
taladrado profundo teniendo en consideración la calidad del agujero. La metodología
experimental permitió la monitorización del proceso a través de la medición de fuerza de
empuje, torque y consumo de par del husillo. Las materiales mecanizados fueron acero
F114, acero inoxidable, titanio y fundición nodular GGG70. Ejemplo del torque sobre
fundición nodular para distintas condiciones se observan en la siguiente figura.
15
vc = 70m/s, f = 0.2mm
Torque [Nm]
vc = 70m/s, f = 0.3mm
vc = 90m/s, f = 0.2mm
10
vc = 90m/s, f = 0.3mm
vc = 90m/s, f = 0.4mm
5
0
0
20
40
60
80
100
120
profundidad [mm]
140
160
180
200
El taladrado profundo es también propuesto como base tecnológica para remover gran
cantidad de material con el objetivo de manufacturar componentes estructurales
monolíticas de peso reducido y alta rigidez. Para mostrar esto, un cubo de acero fue
taladrado para reducir el peso de 25kg a menos de 5kg. Las propiedades mecánicas
fueron comparadas a través de análisis de elementos finitos respecto a una estructura de
configuración (ver Figura). Por último se evaluó la repercusión de intermitencias y
desgaste de la broca sobre el desvió de los agujeros.
Referencias
[1] Abele E., Ellermeler A., Hohenstein J., Tschanneri M., (2007) Tool length influence
on wear behavior of twisted carbide drills. German Academin Society for
Production Engineering, 1, 51-56
Mecanizado 119 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis estático de la precisión de una rectificadora
mediante elementos finitos
N. ORTEGA, U. ALONSO, J.I. MARQUÍNEZ, I. POMBO, S. PLAZA
Dpto. Mecánica Aplicada. Universidad del País Vasco (UPV-EHU)
naiara.ortega@ehu.es
El rectificado es un proceso de fabricación aplicado en las etapas finales de las líneas de
producción. Se utiliza sobre todo en piezas en las que los requisitos de acabado
superficial y exactitud dimensional son muy exigentes y también en procesos de acabado
de materiales muy duros como para ser mecanizados mediante procesos de corte con
herramienta definida (torneado, fresado, taladrado, etc.). Por lo tanto, al ser un proceso
aplicado en las etapas finales de fabricación cualquier error cometido durante el mismo
cobra mayor importancia ya que, si no se consigue la pieza en las condiciones
requeridas, a la pérdida producida por el propio coste del proceso rectificado hay que
añadirle el coste de las etapas anteriores.
La puesta a punto de una operación de rectificado
cilíndrico resulta complicada por los requisitos
exigidos relativos a tolerancias dimensionales,
acabado e integridad superficial. Si a los exigentes
requisitos se añaden un elevado número de
variables y parámetros que influyen en el proceso,
el resultado es un elevado número de ensayos
prueba-error. Para disminuir esta componente
experimental, en los últimos años se están
desarrollando modelos del proceso a nivel macroy micro-geométrico que permitan entender cómo
influyen las diferentes variables de forma previa a los ensayos experimentales, teniendo
en cuenta que las principales fuentes de error en el proceso de rectificado son: daños y
errores de origen térmico, de origen mecánico, y errores de origen dinámico.
En este trabajo se ha realizado un estudio mediante elementos finitos de la rigidez de la
máquina y de su comportamiento dinámico de cara a evaluar los posibles errores
geométricos de la pieza provocados por la deformación de máquina y de la propia pieza
ante cargas mecánicas. La metodología propuesta permite conocer el grado de precisión
de la máquina de forma previa al mecanizado de una pieza, lo que aporta información
útil al usuario de una máquina recién adquirida. Los resultados del modelo muestran que
la pieza y eje del cabezal muela son los elementos más sensibles y de menor rigidez a
tener en cuenta en estudios posteriores más detallados del proceso. Por último,
experimentalmente se han obtenido las deformaciones de la pieza y se propone un
método sencillo de evaluación de fuerzas radiales para el rectificado a través.
Referencias
[1] S. Malkin, C. Guo. Grinding Technology. 2nd Edition. Industrial Press. 2008
[2] D.A. Doman, A. Warkentin, R. Bauer. Finite element modeling approaches in
grinding. International Journal of Machine Tools & Manufacture 49 (2009), 109-116
[3] D. Ten-Yen Huang, J-J Lee. On obtaining machine tool stiffness by CAE techniques.
International Journal of Machine Tools & Manufacture 41 (2001), 1149–1163.
120 Mecanizado Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Response surface methodology (RSM) analysis
approach to model experimental data of machining
of plastic composites
F. MATA, E.M. BEAMUD
Polytechnic School of Almadén, University of Castilla-La Mancha, Spain
francisco.mcabrera@uclm.es
P.J. NÚÑEZ, E. GARCÍA
Polytechnic School of Almadén, University of Castilla-La Mancha, Spain
I. HANAFI, A. KHAMLICHI
EMS2M, Faculty of Sciences at Tetouan, University Abdelmalek Assaâdi, Morocco
Hanafi.issam@yahoo.fr
A. JABBOURI, M. BEZZAZI
EMMS, Faculty of Sciences and technology at Tangier, University Abdelmalek Assaâdi, Morocco
Many studies have been reported to analyze the interaction effects of process parameters
on machinability aspects of PEEK composites [1]. Thus, it is necessary to develop an
accurate model to analyze the interaction effects of process parameters on machinability
aspects during turning of reinforced PEEK composites [2]. The present work is aimed at
determining the effects of cutting conditions (cutting speed, feed rate and depth of cut)
on three aspects of machinability such as cutting power, specific cutting pressure and
machining force during turning of reinforced polyetheretherketone with 30% of carbon
fibres (PEEK CF 30) using TiN coated cutting tools.
An ideal experimental design was carried out based on Taguchi methods with response
surface methodology (RSM) [3]. This RSM was used to evaluate the effects of process
variables and their interaction towards the attainment of their optimum conditions. Based
on statistical analysis, the quadratic model proved to be highly significant with very low
probability values (<0.0001).This resulted as obtained from the predicted model, which
fitted well with the experimental results (i.e. 97%).
References
[1] F. Mata, I. Hanafi, A. Khamlichi, A. Jabbouri, M. Bezzazi. Sur l’usinabilité des
composites a matrice en polymères renforcée par des fibres. Mécanique &
Industries. Accepted 26/02/2010.
[2] J.P. Davim, F. Mata (2007). New machinability study of glass fibre reinforced
plastics using polycrystalline diamond and cemented carbide (K15) tools. Materials
& Design. 28, 1050–1054.
[3] D.C. Montgomery (2001). Design and Analysis of Experiments, John Wiley and
Sons, New York.
Mecanizado 121 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Simulación de fresado mediante corte interrumpido
en torno para medición de temperaturas en la
herramienta de corte
I. ANSOATEGUI, A. MARTÍNEZ, O. PEREIRA, J. AGUIRREBEITIA, A. LAMIKIZ,
U. GARITAONAINDIA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Univ. del País Vasco UPV/EHU
igor.ansoategui@ehu.es
En este trabajo se aborda la simulación del fresado mediante un corte interrumpido en
torno. El objetivo principal de este trabajo es conocer las temperaturas que se alcanzarán
en la cara de desprendimiento de la herramienta en el proceso de corte. Para conseguir
este objetivo se va a hacer una extrapolación del proceso de torneado al proceso de
fresado, lo cual es posible si se tornea una pieza ranurada longitudinalmente, simulando
así el torneado como si de un fresado se tratara, al ser el fresado un corte interrumpido.
Para poder realizar estas medidas de temperatura en las condiciones de ensayos se hará
uso de un termopar tipo K que se colocará a una distancia de 0,5mm de la cara de
desprendimiento de la plaquita. La temperatura media en el contacto se estimará a partir
de un modelo teórico de conducción de calor. Se han realizado diferentes ensayos para
diferentes condiciones de corte que serán descritas en profundidad. Además de esto se
estudiará también la diferencia de temperatura que se alcanzará para corte continuo e
interrumpido usando por una parte mismo tiempo de corte, y por otra, misma longitud
efectiva de corte.
Acero Corte Seco
250
200
200
150
Seco
MQL
100
Taladrina
Temperatura (ºC)
Temperatura (ºC)
Acero Corte Continuo
250
150
Interrumpido
Continuo
100
50
50
0
0
10
20
30
40
50
Tiempo (s)
60
70
80
90
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Tiempo (s)
Referencias
[1] Jesús Peláez Vara, El torno. Colección “La Máquina Herramienta (TOMO I).
Ediciones CEDEL. Barcelona (1992).
[2] Shaw M.C.Metal cutting Principles. - Oxford Science Publications. 1989.
122 Mecanizado Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio de la maquinabilidad por medio del análisis
de las fuerzas de corte y del análisis termográfico
M. SAN JUAN, F. SANTOS, O. MARTÍN, D. GONZÁLEZ
Dpto. Ciencia de Materiales e Ingeniería Metalúrgica. Área de Ingeniería Mecánica. Universidad de
Valladolid
mansan@eis.uva.es
La maquinabilidad de los aceros es una propiedad fundamental en la fabricación de
componentes mediante procesos de arranque de viruta, dada su repercusión directa sobre
los costes de fabricación.
El presente trabajo muestra una metodología aplicada al estudio de la maquinabilidad de
dos aceros con distinta maquinabilidad (42CrMo4 estándar y 42CrMo4 plus), empleados
en un proceso de fresado ortogonal. Se han mantenido constantes las condiciones de
corte relativas al avance por vuelta y la profundidad de pasada, haciendo variar las
velocidades de corte.
Durante los ensayos de mecanizado se han medido las fuerzas de corte generadas, por
medio de un dinamómetro rotatorio, así como las temperaturas obtenidas, gracias a una
cámara termográfica. De esta manera, se pretende comparar los datos obtenidos para los
aceros ensayados, en función de la velocidad de corte.
El objetivo principal de este trabajo es desarrollar una técnica para el estudio de la
maquinabilidad de los materiales mediante un análisis de las fuerzas de corte y un
análisis termográfico.
Mecanizado 123 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Efecto de la deformación del material en la
dirección del filo en simulaciones numéricas 3D de
procesos de corte ortogonal
N.C. MARÍN, J.L. CANTERO, J.A. CANTELI, M.H. MIGUÉLEZ
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid
ncmarin@ing.uc3m.es
Los modelos numéricos representan una alternativa en el estudio de los procesos de
mecanizado que permiten determinar variables difíciles de medir experimentalmente.
La realización de simulaciones numéricas de procesos de mecanizado requiere una gran
capacidad de cálculo por lo que generalmente se limitan a la modelización 2D de
procesos de corte ortogonal. En los modelos de mecanizado 2D se impide la
deformación del material en la dirección del filo de la herramienta. En general, imponer
dicha limitación para la modelización de procesos de corte ortogonal tiene una influencia
pequeña en los resultados obtenidos. Sin embargo, en ciertas condiciones, como
mecanizados con herramientas poco afiladas, o con profundidades de pasada pequeñas
en relación con el avance, los errores sí pueden ser significativos.
En este trabajo se muestran simulaciones numéricas realizadas con el código
DEFORMTM3Dv.6.1. y resultados experimentales correspondientes a procesos de corte
ortogonal de acero inoxidable AISI 316L, con herramientas con arista de corte afilada
(redondeo 0,02mm) y con filo redondeado (0,08mm). Las simulaciones fueron realizadas
a 120 m/min de velocidad de corte y 0,1 mm/rev de avance. Para ambas geometrías de
arista de corte se realizaron simulaciones 3D con condiciones de contorno
convencionales y con condiciones que impiden los desplazamientos del material en la
dirección del filo de la herramienta. Estas últimas condiciones son similares a las
correspondientes a los modelos 2D. Las imágenes mostradas corresponden a las
simulaciones con redondeo de filo 0,08mm sin limitación de desplazamiento (imagen
izquierda) y con limitación (derecha). En la simulación sin limitación se observa la
formación de rebaba en la superficie mecanizada y el ensanchamiento de la viruta debido
a la presión de la herramienta. Las fuerzas en la dirección del movimiento de corte
obtenidas en ambas simulaciones fueron muy similares, pero se observaron diferencias
del 5% en la fuerza de avance, mejorando la correlación con los resultados
experimentales.
124 Mecanizado Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Obtención de una trayectoria espiral para
mecanizar con herramienta esférica superficies STL
partiendo de su contorno
J.L. HUERTAS, J. MARÍN, F. VALDIVIA, M. VIDAL
Departamento de Ingeniería de Diseño y Fabricación. Centro Politécnico Superior de Ingenieros. Universidad
de Zaragoza. C/ María de Luna, 3. C.P. 50018. Zaragoza.
jhuertas@unizar
Diversos autores [1] han tratado el tema del mecanizado de superficies, algunos lo han
aplicado al fresado de diversas zonas del zapato, incluida la planta, también,
recientemente, se viene publicando sobre los errores obtenidos en el mecanizado de
superficies mediante fresa de punta esférica. También hay numerosa bibliografía sobre
superficies y su mecanizado, especialmente merece citar la parametrización de las
mismas mediante NURBS. Partiendo de las superficies STL, figura 1, se realiza su
lectura de un fichero en formato binario, Tras esta lectura se utiliza un método de
almacenamiento en memoria basado en vectores [14] en orden a optimizar el tiempo de
proceso y la cantidad de información en memoria. Posteriormente, se han de realizar una
serie de operaciones con el fin de optimizar la fase de mecanizado: Obtención del
contorno, obtención de la trayectoria de mecanizado, aplicación de algoritmos para
suavizar el perfil, proyección de los puntos de la trayectoria sobre la superficie, cálculo
de la trayectoria x,y,z final, corte final por fuera del contorno, si es preciso. Tras la
realización de los cálculos precisos, entre los que figura la determinación de las
intersecciones recta-plano, con el método expuesto se han conseguido obtener programas
de CN para el mecanizado de superficies dadas en formato STL.
x  tu x  xc
  1
0
0
 cos    x   xc 
 
y  tu y  y c
1
0
 cos    y   y x 
  0

 
0
1
 cos    z   z c 
z  tu z  z c
  0
 



0  t   p 
x cos   y cos   z cos   p  cos  cos  cos 
La calidad del acabado superficial del mecanizado es controlable variando el radio de la
herramienta esférica y variando la distancia entre las diferentes pasadas, para ello se
introducen dos parámetros como es la cresta máxima y la precisión.
Referencias
[1] Yann Quinsat . Laurent Sabourin. Optimal selection of machining direction for
three-axis milling of sculptured parts. Int J Adv Manuf Technol. 2007.
[2] Jun Hu . Hong Shen . Shuishen Zeng . Yuhan Wang. B-spline tool offset of a freeform curve in the shoe last high-speed machining CNC system. Int J Adv Manuf
Technol April 2005.
Mecanizado 125 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de la influencia del tratamiento térmico en
la maquinabilidad de aleaciones de titanio
M. ARMENDIA, A. GARAY, L.M. IRIARTE, P.J. ARRAZOLA
Escuela Politécnica Superior - Mondragon Unibertsitatea, Loramendi 4, 20500 Mondragón.
marmendia@eps.mondragon.edu
P. OSBORNE, M. JACKSON, P. CRAWFORTH, S. TURNER
Advanced Manufacturing Research Centre with Boeing, Rotherham (Reino Unido).
La aleación Ti-5Al-4V-0,6Mo-0,4Fe (TIMETAL®54M) es una nueva aleación α+β con
propiedades similares a la comúnmente empleada Ti-6Al-4V pero con maquinabilidad
mejorada. En trabajos previos los autores contrastaron este mejor comportamiento frente
al mecanizado de la aleación TIMETAL®54M [1, 2] relacionándolo con la diferente
microestructura de ambos materiales. Con objeto de estudiar más profundamente la
influencia de la microestructura en la maquinabilidad se han analizado ambas aleaciones
tras recibir 4 tratamientos térmicos diferentes. Para ello, se han realizado ensayos de
torneado cilíndrico para definir la vida de la herramienta al mecanizar cada material. De
la misma manera, se ha aplicado un captador dinamométrico para medir las fuerzas
durante el corte ortogonal de estos materiales. De estos ensayos, se extrajeron muestras
de viruta que, tras su correspondiente preparación metalográfica, han sido observadas en
un microscopio óptico. Por último, se han medido las temperaturas en la zona de corte
para ambas aleaciones mediante una cámara termográfica a la que se le ha añadido una
lente microscópica que proporciona una resolución de 30 μm permitiendo la obtención
de mapas térmicos de la zona de corte.
Viruta
Herramienta
Viruta
Vc
Los tres parámetros estudiados (desgaste de herramienta, fuerzas y temperaturas de
corte) confirman la mejor maquinabilidad de la aleación TIMETAL®54M. Asimismo,
ambas aleaciones muestran un peor comportamiento cuando son mecanizadas tras recibir
un recocido en la región β, tras la que se obtiene una microestructura laminar basta.
Referencias
[1] Garay, A., Armendia, M., Iriarte, L. M., Arrazola, P.J.; Maquinabilidad de
aleaciones de titanio (Ti6Al4V y Ti54M); X Congreso Nacional de Materiales, San
Sebastián (2008).
[2] Armendia, M.; Garay, A.; Iriarte, L.-M.; Arrazola, P.-J.; Comparison of the
machinabilities of Ti6Al4V and TIMETAL® 54M using uncoated WC-Co tools;
Journal of Materials Processing Technology, v 210, n 2, (2010), 197-203.
126 Mecanizado Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Mandrinado de formas interiores complejas en
centro de mecanizado
M. ARSUAGA, L.N. LÓPEZ DE LACALLE, R. LOBATO, A. GORRIÑO, F. CAMPA, I. SANZ
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco
mikel.arsuaga@ehu.es
En este trabajo se presenta una solución para el mandrinado de interiores de formas
complejas a realizar en un centro de fresado. Para ello se ha utilizado un sistema
accesorio de control radial de la herramienta, que permite la interpolación en los ejes Z y
el auxiliar U. Gracias a este equipo se pueden realizar mandrinados de formas cónicas
invertidas, cóncavas, radios interiores, roscados cilíndricos y cónicos, etc., posibilitando
una gran versatilidad en piezas realizadas en centros de mecanizado y grandes tornos
verticales, además de en máquinas multitarea. También se consiguen reducciones
considerables de tiempo de mecanizado en el torneado de perfiles exteriores.
Sin embargo el mandrinado de aceros implica errores en la forma final y problema de
vibración debido a la baja rigidez dinámica de la barra si las condiciones de corte son
excesivas. Este problema se ha medido en varias piezas, actuando en su reducción
mediante control de las condiciones de corte.
Referencias
[1] J.F. Rigal. A Model for Simulation of Vibrations During Boring Operations of
Complex Surfaces, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Volume 47, Issue 1,
1998, Pages 51-54.
Mecanizado 127 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Modelización del error de posicionamiento en una
máquina-herramienta de control numérico y su
influencia sobre la geometría de las piezas
fabricadas y la capacidad de proceso
V. LÓPEZ, A. SANZ, I. GONZÁLEZ
Dpto. Materiales y Producción Aeroespacial. ETSI Aeronáuticos. Universidad Politécnica de Madrid
a.slobera@upm.es
L. SEVILLA
Dpto. Ingeniería Civil, de Materiales y Fabricación. Universidad de Málaga
El presente trabajo realiza una modelización del error de posicionamiento en una
máquina-herramienta de control numérico y analiza su influencia en la geometría de las
piezas fabricadas y en la capacidad de proceso. Inicialmente, se parte de un modelo
unidireccional de eje formado por un motor, un husillo y su correspondiente elemento
móvil, un registrador de posición y el sistema de control.
En principio, el error de posicionamiento es atribuible a diferentes causas o factores de
influencia imputables a los elementos que forman el accionamiento. La cuantificación de
la contribución individualizada de cada uno de los factores de influencia resulta
complicada, ya que presenta una fuerte dependencia de las condiciones específicas de
trabajo de cada máquina.
No obstante, cabe esperar que la contribución conjunta de todas las causas de influencia
se produzca conforme a una distribución del error que inicialmente pueda ser asimilable
a una distribución normal. Partiendo de esta hipótesis, se establece una metodología que
permita en cada caso aproximar el modelo a los resultados experimentales que se vayan
obteniendo.
El modelo así obtenido se contrasta con una serie de mediciones experimentales
realizadas sobre una máquina concreta. Una vez validado el comportamiento para un eje,
se van incorporando nuevos ejes y se analiza la contribución conjunta de cada uno de
ellos al error total de posicionamiento.
Finalmente, y en función de la modelización obtenida, se analiza la influencia que este
error puede tener en determinadas geometrías de las piezas así como en la variación de la
capacidad de proceso.
Referencias
[2] D.C. Montgomery Statistical quality control: A modern introduction, 6th edn. John
Wiley & Sons, New York (2008).
[3] M. Villeta, E. M. Rubio, M. A. Sebastián, A. Sanz New criterion for evaluating the
aptitude of measurement systems in process capability determination, I.J. Adv.
Man.Tech., (2010), DOI 10.1007/s00170-010-2545-2.
[4] Y.C. Chang Interval estimation of capability index Cpmk for manufacturing
processes with asymmetric tolerances, Comp. & Ind. Eng. 56 (2009) 312–322.
128 Mecanizado Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Influencia del error de rectificado de los filos de la
fresa sobre la rugosidad superficial obtenida en
procesos de fresado de contorneado empleando
herramientas de 4 y 6 dientes
I. BUJ, J. VIVANCOS, H. GONZÁLEZ
Dpto. de Ingeniería Mecánica, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB).
Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
irene.buj@upc.edu
Diversos autores han estudiado los factores que intervienen en la rugosidad superficial
obtenida mediante procesos de fresado. Vivancos et al investigaron la influencia de las
condiciones de corte en la rugosidad superficial en fresado de contorneado a alta
velocidad [1]. Kline et al consideraron principalmente el efecto de la excentricidad del
eje de la herramienta así como de su inclinación en la rugosidad superficial en fresado
periférico [2]. Ranganath et al incluyeron en su modelo no sólo la excentricidad y la
inclinación del eje de la herramienta sino también los errores de rectificado de las aristas
de corte [3]. Arizmendi et al [4] investigaron la presencia de bandas de rugosidad
variable a diferentes alturas, debidas al efecto conjunto de los errores de excentricidad,
de inclinación del eje de la fresa y de rectificado de los filos. En este trabajo se ha
empleado un modelo numérico para predecir la rugosidad superficial de piezas
mecanizadas mediante fresado de contorneado, teniendo en cuenta diferentes valores del
error de rectificado de los filos de la herramienta. El modelo computacional permite
simular la topografía superficial así como determinar los valores de la rugosidad
promedio Ra y de la rugosidad pico-valle Rt, basándose en la intersección geométrica
herramienta-pieza. Se consideraron herramientas de 6 mm de diámetro, con 4 y 6 dientes
respectivamente. Se realizaron 100000 tiradas para cada valor de avance por diente y por
vuelta az, empleándose una combinación aleatoria de radios de los filos de la herramienta
en cada tirada para obtener los valores de rugosidad simulados. Posteriormente, se
representaron los intervalos de posibles valores de rugosidad superficial Ra y de
rugosidad pico-valle Rt para cada valor de avance por diente y por vuelta az, además de
los valores de referencia teóricos superior e inferior. También se obtuvieron los
histogramas de Ra y Rt.
Referencias
[1] J. Vivancos, C.J. Luis, J.A. Ortiz, H.A. González. Analysis of factors affecting the
high-speed side milling of hardened die steels, Journal of Materials Processing
Technology Volumes 162-163 (2005), 696–701.
[2] W.A. Kline, R.E. DeVor. The effect of runout on cutting geometry and forces in end
milling, International Journal of Machine Tool Design and Research. 23 (1983), 123140.
[3] S. Ranganath, J.W. Sutherland. An improved method for cutter runout modeling in
the peripheral milling process, Machining Science and Technology. 6(1) (2002), 120.
[4] M. Arizmendi, J. Fernández, A. Gil, F. Veiga. Model for the prediction of
heterogeneity bands in the topography of surfaces machined by peripheral milling
considering tool runout, Int.J.Mach.Tools Manuf. 50 (2010), 51-64.
Mecanizado 129 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Sistema de bajo coste para la medida de formas en
tres dimensiones
L. FELIPE-SESÉ, E. LÓPEZ-ÁLBA, F.A. DÍAZ, R. DORADO
Dpto. de Ingeniería Mecánica y Minera, Campus las Lagunillas, Edif. A-3, 23071, Jaén
lfelipe@ujaen.es
En los últimos años se han desarrollado diferentes métodos y técnicas ópticas, más o
menos complejas, para la medida de formas y cambios geométricos inducidos por la
deformación de un sólido. Algunos de estos sistemas se encuentran disponibles
comercialmente (sistemas estereoscópicos, scanners 3D, videogrametría, etc), con un
coste que en algunos casos puede ser considerable. Con el presente trabajo se pretende
mostrar un procedimiento sencillo y simple para reconstruir digitalmente la geometría de
un sólido y cuantificar los cambios inducidos por una deformación empleando métodos
ópticas y técnicas de procesado de imágenes aplicadas a la ingeniería. El método
propuesto cosiste en un sistema de bajo coste basado en la proyección de franjas (Moiré
por proyección) [1,2]. El equipo empleado es extremadamente simple, estando
constituido por un proyector de LCD y una cámara digital conectada a un PC. Los
resultados obtenidos son altamente prometedores (figura 1).
A)
B)
Figura 1. A) Imagen del sólido B) Sólido digitalizado empleando la técnica de Moiré por
proyección
Referencias
[1] Heredia-Ortiz, M., and Patterson, E.A., On the industrial applications of moiré and
fringe projection techniques, Strain, 39; pp. 95-100, 2003.
[2] Patterson, E. A., Low cost snap-shot shape and deformation measurement,
Proceedings of the XIth SEM Congress and Expositions, Orlando, Florida, Junio,
2008.
130 Metrología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Diseño óptimo del valor nominal y las tolerancias de
un conjunto de variables correladas
I. GONZÁLEZ
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid
imgfaria@ing.uc3m.es
I. SÁNCHEZ
Dpto. Estadística. Universidad Carlos III de Madrid
Un aspecto importante en el diseño de elementos mecánicos es la asignación del valor
nominal y las tolerancias a las variables que determinan la calidad de dichos elementos.
Los procedimientos actuales para realizar esta asignación se basan fundamentalmente en
minimizar los costes de fabricación y calidad, sujeto al cumplimiento de ciertas
especificaciones de funcionalidad. En estos procedimientos es frecuente la suposición de
independencia de las variables [1]. Sin embargo, esta suposición puede ser no válida en
muchos casos, ya que los procesos de fabricación provocan dependencia. Por ejemplo, se
quiere asignar el valor nominal y las tolerancias a la longitud, la altura y el ancho de una
pieza (variables de diseño) de manera que su resistencia sea mayor o igual a cierto valor
(restricción de funcionalidad). En este caso, es muy probable que las variables de diseño
no sean independientes debido al proceso de fabricación y por tanto, los procedimientos
existentes no sean apropiados.
En este trabajo se presenta una metodología para la asignación estadística del valor
nominal y las tolerancias a un conjunto de variables considerando su estructura de
dependencia. Dicha dependencia vendrá determinada por la matriz de covarianzas de las
variables de diseño, que será estimada a partir de datos tomados del proceso de
fabricación. También se considera más de una restricción de funcionalidad y la
posibilidad de que estas restricciones estén también correladas. La metodología se basa
en resolver un problema de optimización que maximice las tolerancias sujeto a obtener
una proporción pequeña de piezas defectuosas. Para resolver el problema de la
correlación de las variables se usará la metodología propuesta en [2], basada en análisis
de componentes principales. Para la resolución del problema de optimización se hará uso
de algoritmos genéticos [3].
Referencias
[1] B. Ye y F.A Salustri, Simultaneous tolerance synthesis for manufacturing and
quality, Research in Engineering Design, Vol. 14, 2003, pp. 98-106.
[2] I. González e I. Sánchez, Principal alarms in multivariate statistical process
control, Journal of Quality Technology, Vol 40, 2008, pp. 19-30.
[3] D. Goldberg, Genetic algorithms in search, optimization and machine learning.
Addison-Wesley. 2003.
Metrología 131 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Calibración de sensores 2D en alto rango de
temperaturas
J.A. YAGÜE, J.A. ALBAJEZ, J.J. AGUILAR, A.S. ONTIVEROS, M. VALENZUELA
Dpto. de Ingeniería de Diseño y Fabricación. Universidad de Zaragoza, España.
jyague@unizar.es
En este trabajo se propone una técnica de calibración en un alto rango de temperaturas
de sensores de medición de desplazamientos 2D. Este tipo de sensores son una
interesante alternativa cada vez más utilizada en sistemas de precisión de hasta seis
grados de libertad [1], así como en aplicaciones donde se trabaja con amplios rangos de
temperatura (por ejemplo, utilizados en equipos de medición en ambiente de taller).
Existe una interesante variedad de este tipo de sensores, cada uno con sus propias
características de precisión, linealidad, etc. Por ello, resulta de gran utilidad una
adecuada caracterización y corrección de los mismos para corregir sus errores
sistemáticos asociados a faltas de linealidad, diferentes temperaturas de trabajo, etc. En
este artículo se presenta una novedosa propuesta de técnica de calibración en esta línea.
El sistema de calibración propuesto utiliza dos instrumentos patrón como referencia. Por
un lado, un encoder bidimiensional “Heidenhain KGM 181” para calibraciones a
temperatura estándar. Aunque este sistema dispone de un certificado de calibración
proporcionado por parte del fabricante, dicha calibración es limitada. Cada uno de sus
dos ejes ha sido evaluado de manera independiente: comparando únicamente el
desplazamiento en cada uno de ellos con el indicado por un interferómetro láser y sólo
en la línea central de cada una de las dos direcciones, por lo que errores fuera de las
líneas centrales no son conocidos. Además, estos resultados sólo son válidos para la
temperatura de referencia de 20ºC. Por ello, se ha decidido añadir un instrumento patrón
adicional que, mediante la técnica expuesta en este artículo, permita caracterizar y
corregir estos errores, además de caracterizar y compensar efectos debidos a variaciones
en la temperatura. Así, para mantener la trazabilidad se utiliza como referencia principal
un sistema basado en interferometría láser en dos dimensiones “Renishaw RLE10”, que
dispone de sensores ambientales para controlar la temperatura y efectuar una
compensación en tiempo real de las señales de cada de posición además de mantener el
sistema estable a diferentes temperaturas, minimizando de esta manera la influencia
térmica. El sistema ha sido fabricado en Zerodur, material con un coeficiente de
expansión térmica cercano a cero, para mantener un marco metrológico estable.
Finalmente, en este artículo se presentan los resultados obtenidos en la calibración de
sensores 2D a diferentes temperaturas con el sistema propuesto, así como la corrección
de los mismos y las incertidumbres resultantes.
Referencias
[1] J.A. Yagüe, J.A. Albajez, M.A. Lope, J. Velázquez, J.J. Aguilar. Characterization
and error correction of 2D low-cost opto-electronic sensors and applications to six
degree-of-freedom probe, Proc. euspen conference, (2008), 305-309.
132 Metrología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Acotación bilateral para la razón tolerancia
incertidumbre basada en el índice ICC
M. VILLETA
Dpto. Estadística e Investigación Operativa III. Universidad Complutense de Madrid
mvilleta@estad.ucm.es
A. SANZ-LOBERA
Dpto. Materiales y Producción Aeroespacial. Universidad Politécnica de Madrid
M.A. SEBASTIÁN
Dpto. Ingeniería de Construcción y Fabricación. Universidad Nacional de Educación a Distancia
El control estadístico del proceso, ó SPC según sus siglas en inglés, exige para su
eficacia la utilización de sistemas de medición fiables [1]. La incertidumbre de medida
[2] de la instrumentación empleada influye en el análisis de capacidad de procesos, así
como en otras herramientas del SPC. A partir del estudio de dicha influencia, Villeta [3]
ha desarrollado el Índice de Contaminación de la Capacidad ICC, que mide el efecto de
la contaminación en la estimación de los índices de capacidad de procesos de fabricación
Cp y Cpk debida a la inexactitud del sistema de medición. Este índice ha servido de base
para establecer un criterio de la adecuación del sistema de medición, haciendo intervenir
en la acotación inferior tradicional de la razón tolerancia/incertidumbre la capacidad
observada del proceso productivo [3-4].
En este trabajo, teniendo en cuenta criterios económicos se establece además un límite
superior a la mencionada razón, llegando así a una acotación bilateral del tipo:
T
ACˆ p,obs 
 BCˆ p,obs
2U
en donde T es la tolerancia de fabricación, U la incertidumbre expandida, Ĉp,obs
representa la capacidad observada en el proceso de fabricación, siendo A y B constantes.
Se plantea además un criterio gráfico que facilita la evaluación de los sistemas de
medición en la práctica, tanto en la aplicación metrológica como en las actividades de
mejora llevadas a cabo a través del control estadístico de la calidad en procesos
mecánicos.
Referencias
[1] D.C. Montgomery. Statistical quality control: A modern introduction, 6th edn. John
Wiley & Sons (2009), New York.
[2] ISO 10012:2003. Measurement management systems. Requirements for
measurement processes and measuring equipment. ISO (2003), Geneva.
[3] M. Villeta. Análisis integrado del aseguramiento estadístico de calidad en sistemas
de medición. Tesis Doctoral, UNED (2008), Madrid.
[4] M. Villeta, E.M. Rubio, M.A. Sebastián, A. Sanz. New criterion for evaluating the
aptitude of measurement systems in process capability determination, International
Journal of Advanced Manufacturing Technology (2010), Published online: 23
February 2010. DOI: 10.1007/s00170-010-2545-2
Metrología 133 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comparación de estándares internacionales de
verificación de brazos articulados de medición por
coordenadas: ASME B89.4.22-2004 vs VDI 2617_92009
J. SANTOLARIA, A.C. MAJARENA, D. SAMPER, J.J. GARCÍA, J.J. AGUILAR
Dpto. Ingeniería de Diseño y Fabricación. Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza
jsmazo@unizar.es
Los brazos articulados de medición por coordenadas (BAMC) constituyen un grupo
especial de instrumentos dentro de las técnicas de medición por coordenadas, tanto por
sus características como por sus diferencias en comparación con las máquinas de medir
por coordenadas (MMC) tradicionales. El uso de diferentes procedimientos basados en
las normas de verificación de MMC (UNE-EN ISO 10360, ASME B89.4.1 y VDI/VDE
2617) y su adaptación a los BAMC ha dado lugar tradicionalmente a una gran
heterogeneidad en la presentación de sus valores característicos, haciendo difícil la
comparación directa entre brazos evaluados mediante métodos diferentes. Para
estandarizar tanto la presentación de resultados como los métodos de verificación se
publicó en 2004 la única norma existente en el campo de verificación de BAMC (ASME
B.89.4.22). Esta norma recoge, a modo de compromiso, la experiencia acumulada en los
procedimientos de verificación propios de cada fabricante, recomendando los
procedimientos a seguir para una evaluación generalizable de las características
metrológicas de los BAMC en mediciones por contacto con palpadores pasivos y
activos. Aunque esta norma ASME es la única que estrictamente puede ser considerada
una norma aceptada internacionalmente, recientemente se ha publicado la parte 9 de la
recomendación VDI 2617, relativa a pruebas de verificación de BAMC. Dado el
prestigio adquirido por las recomendaciones VDI, que en numerosas ocasiones se
transforman directamente en normas DIN o en normas internacionales, es posible su
consideración a efectos prácticos como procedimientos estándar internacionales. En la
actualidad estos son los únicos documentos internacionalmente aceptados para llevar a
cabo procedimientos de verificación de BAMC con garantías de trazabilidad.
Dado que ambos documentos exponen diferentes pruebas para verificar las mismas
características metrológicas de los BAMC, en este trabajo se comparan ambas normas
para evaluar su efectividad en la detección de influencias sobre la precisión volumétrica
y la repetibilidad. Cada una de ellas establece recomendaciones similares para la
preparación de los ensayos, pero define tres pruebas de verificación completamente
diferentes. Por ello, en esta comunicación se comparan los resultados de evaluación
obtenidos en los ensayos especificados en ambos documentos utilizando un BAMC de 7
ejes, obteniendo de este modo conclusiones sobre la adecuación de los procedimientos a
la verificación final del brazo, además de comparar ambos procedimientos desde el
punto de vista de recursos necesarios y desde el punto de vista económico. Dado que no
existen procedimientos definidos por las entidades nacionales de acreditación, no es
posible la acreditación de laboratorios para la realización de ensayos de verificación de
BAMC, por lo que mediante el presente análisis se pretende asimismo tener criterios
objetivos para evaluar la adecuación de estas pruebas y su posible extrapolación a los
procedimientos nacionales.
134 Metrología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Técnica de verificación de instrumentos de
medición por coordenadas portátiles basada en
plataforma multi-registro
A. BRAU, J. SANTOLARIA, R.M. GELLA, L. VILA, J.J. AGUILAR
Dpto. Ingeniería de Diseño y Fabricación, C.P.S. Universidad de Zaragoza, C/ María de Luna no3, 50018
(Spain). Telf. 976761895
agusba2003@gmail.com
En la actualidad, se observa un notable incremento en el uso de los equipos de medir por
coordenadas portátiles en las industrias manufactureras, aeroespaciales, de energía, de
transportes, y otras. Este incremento se debe principalmente a la flexibilidad de estos
equipos para realizar mediciones de gran complejidad y a su bajo coste comparado con
el de las máquinas de medir por coordenadas (MMC) tradicionales. Actualmente, las
técnicas utilizadas en procedimientos de identificación de parámetros cinemáticos o
procedimientos de verificación en este tipo de equipos se basan en la captura de datos
con el instrumento de medida de un objeto patrón calibrado, como por ejemplo una barra
patrón de esferas, dispuesto en varias posiciones dentro del volumen de medida del
equipo con el fin de cubrir gran parte de su espacio de trabajo. El hecho de colocar el
patrón alrededor del instrumento de medida, hace del procedimiento de verificación un
proceso tedioso y de excesiva duración, además de ser necesario el uso de soportes que
permitan posicionar de manera rígida el patrón en distintas alturas y orientaciones
respecto al equipo a verificar. En un trabajo anterior a la presente comunicación se
compararon diferentes técnicas de identificación de parámetros utilizando palpadores
autocentrantes activos y pasivos [1], obteniendo una reducción del tiempo de
convergencia en el algoritmo de identificación y resultados de repetibilidad aceptables.
Sin embargo, la necesidad de simplificar las técnicas de verificación e identificación de
parámetros para mejorar su uso en la industria continúa siendo tema de investigación. En
este trabajo se presenta el diseño de una plataforma multi-registro para mejorar las
técnicas de verificación e identificación de parámetros en instrumentos de medición por
coordenadas portátiles. Se presentan sus componentes mecánicos [2] y la función de los
sensores utilizados con el fin de alcanzar la repetibilidad y precisión requeridas en este
tipo de procedimientos. Finalmente se muestra la contribución de la plataforma multiregistro como base del equipo de medida (brazo articulado de medición por coordenadas
y laser tracker) en la simplificación de los procesos de verificación e identificación de
parámetros, al reducirse considerablemente el elevado número de posiciones en que se
debe colocar el patrón.
Referencias
[1] J. Santolaria, A. Brau, J. Velázquez, J.J. Aguilar. A self-centering active probing
technique for kinematic parameter identification and verification of articulated arm
coordinate measuring machines, Measurement Science & Technology, 21, 055101,
11pp.
[2] A. Slocum. Kinematic couplings: A review of design principles and applications,
International Journal of Machine Tools & Manufacture.
Otros 135 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis comparativo del comportamiento dinámico
de sistemas de actuación de acumuladores de
monedas de baja tensión
J. FUENTELSAZ, J. GRACIA, F.J. AZNAR
Dpto. Ing. Mecánica. Universidad de Zaragoza
Jesus.fuentelsaz@unizar.es
Un acumulador de monedas de baja tensión es un equipo destinado a ser incorporado en
el interior de un teléfono público accionado por monedas que cumple las siguientes
funciones: Almacenaje de las monedas introducidas en el teléfono, una vez verificadas y
validadas; cobro de la llamada telefónica, durante o al final de ella; recuperación de las
monedas restantes al finalizar la llamada. Para la actuación del acumulador, el consumo
es el parámetro más crítico en su diseño. Esto es debido a que el sistema utiliza la propia
tensión de alimentación de la línea telefónica. Otro de los factores más importantes es la
velocidad de actuación. El objetivo de este análisis es el comparar diferentes sistemas
para obtener, entre ellos, el de menor consumo y mayor fiabilidad.
Para el análisis se realiza una comparación teórica de varios mecanismos de actuación
sobre el acumulador. Los sistemas de actuación analizados son: el sistema de cruz de
malta, el sistema continuo constituido por ruedas dentadas y un sistema combinado. Este
análisis teórico se realiza mediante la modelización de estos sistemas en MATLABSimulink, requiriendo cada sistema una modelización específica que caracterice su
comportamiento. En primer lugar se optimizarán diferentes parámetros funcionales de
cada sistema, como las relaciones de transmisión, número de filetes, influencia del
motor, etc. para, posteriormente y en función de los resultados obtenidos, determinar
cuál es el sistema de actuación más adecuado.
A partir de las simulaciones se obtienen los consumos para los sistemas optimizados. De
este modo podrán ser comparados y se podrá seleccionar el más conveniente para la
aplicación. En una etapa posterior, con la realización de prototipos de cada uno de los
modelos optimizados, se procede a realizar la comparativa experimental entre ellos. Esta
última fase valida el método teórico utilizado, proporcionando una previsión cualitativa
del comportamiento real de los sistemas de actuación.
Referencias
[1] Ivan I Artobbolevsky. Mechanisms in Modern Engineering Design, MIR Publishers,
Moscow1979.
136 Otros Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Calibración de sistemas fotomecánicos mediante
transformaciones perspectivas
L. FELIPE-SESÉ, E. ALBA, F. DÍAZ, R. DORADO
Dpto. de Ingeniería Mecánica Mecánica y minera. Universidad de Jaén
rdorado@ujaen.es
Técnicas como correlación de imágenes o las basadas en el fenomeno de moiré como
shadow o projection moiré, son de gran interés en mecánica experimental debido a que
permiten, a partir de fotografías digitales, determinar deformaciones de objetos en y
fuera de plano. Uno de los factores que influye decisivamente en la precisión de estos
métodos es la relación entre el desplazamiento plano y el existente en la dirección
normal al plano tomado como referencia. Esta relación depende del ángulo formado por
el eje óptico de las cámaras empleadas y la normal al plano de referencia. Como indican
Pan et al. [1] el anterior ángulo es dificil de medir y la mayoría de los métodos existentes
lo hacen manualmente. Esta comunicación propone una técnica para determinar el
ángulo eje óptico-normal al plano de referencia basada en aproximar los parámetros de
la transformación perspectiva asociada a la imagen capturada. Una placa con un disco
impreso se situa en el plano de referencia, a continuación se realiza la fotografía con la
cámara en la posición a determinar, si la cámara no está paralela a la placa se observará
una cónica, precisamente la transformación perspectiva de una circunferencia [2]. A
partir de la imagen y empleando mínimos cuadrados se obtienen los parámetros de la
transformación perspectiva que definen la orientación de la cámara.
Referencias
[1] B. Pan, H. Xie, J. Gao, A. Asundi. Improved speckle projection profilometry for outof-plane shape measurement, Optical society of America, 47 (2008), 29; 5527-5533.
[2] G. Farin, NURBS Curves and Surfaces: from Projective Geometry to Practical Use
2a Ed. AK Peters. 1999
Otros 137 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de deformaciones en probetas planas
mediante correlación digital de imágenes
E. LÓPEZ-ALBA, F.A. DÍAZ , R. DORADO-VICENTE, R. LÓPEZ-GARCÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera, Campus las Lagunillas, Edif. A-3, 23071, Jaén
elalba@ujaen.es
En las últimas décadas, se han desarrollado técnicas ópticas que permiten de manera
experimental determinar el campo de desplazamientos y deformaciones en estructuras
sometidas a determinadas condiciones de carga. A diferencia de técnicas de medición
consolidadas, como son el uso de galgas extensiométricas, estas permiten de manera no
invasiva unas mediciones de gran precisión en ensayos de diversa índole como pueden
ser a alta temperatura, a nivel microscópico o para fines médicos.
En el presente trabajo, se analiza mediante correlación de imágenes los campos de
deformación que tienen lugar en elementos mecánicos ante la presencia de
discontinuidades [1]. Para ello, son estudiadas distintas geometrías de probetas con
diferentes tipologías de concentradores de tensiones, obteniendo y analizando el campo
de desplazamientos resultante [2]. Además, la influencia durante los ensayos de
parámetros implícitos en la técnica de correlación de imágenes, como la preparación de
las probetas, son abordados. Los resultados experimentales son comparados con los
resultados analíticos, poniendo de manifiesto el potencial de la técnica de correlación de
imágenes para la evaluación de estudios estructurales.
Figura 1: Imagen de la probeta a ensayar
Figura 2: Desplazamientos en y
Referencias
[3] Chu. T, Ranson WF, Sutton MA, Peters WH. Aplications of digital image
correlation to experiemental mechanics. Exp Mech 253: 232-244, 1985
[4] Y. Du, F.A. Díaz, R. L . Burgete, E. A. Patterson. Evaluation Using Digital Image
Correlation of Stress Intensity Factors in an Aerospace Panel, Exp Mech, 2010.
138 Otros Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Determinación de los parámetros óptimos en DIC
V. ÁLVAREZ, P. SIEGMANN
Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Universidad de Alcalá
philip.siegmann@uah.es
F. DÍAZ
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Jaén
Presentamos un algoritmo sencillo de correlación digital de imágenes (DIC) en 2-dim
que permite determinar las deformaciones píxel a píxel de muestras tanto en plano como
fuera de plano. Para las deformaciones en plano se determina la deformación sufrida por
una imagen de un patrón aleatorio pintado sobre la superficie de la muestra [1], mientras
que para las deformaciones fuera de plano se determina la deformación sufrida por un
patrón aleatorio que se proyecta sobre la muestra [2]. Para obtener el desplazamiento de
cada pixel, el algoritmo utiliza la correlación cruzada entre las imágenes de la muestra
antes y después de sufrir la deformación, para ello se compara el subset (agrupaciones de
(2k+1)(2k+1) píxeles) entorno a cada píxel correspondiente en la imagen no deformada
con los subset’s de los píxeles entorno al píxel anterior pero pertenecientes a la imagen
de la muestra deformada. Si se busca hasta una distancia de L píxeles entorno al píxel de
partida, el tamaño de la ventana de búsqueda será de [(2k+1)+L][(2k+1)+L] píxeles. La
mínima correlación cruzada nos dará la posición del píxel en la imagen deformada, y
solo tendremos que restar los centros origen y destino para calcular la deformación. El
tamaño óptimo de subset (k) y el de la ventana de búsqueda (L) son parámetros que
deben ser elegidos de forma adecuada dependiendo de cómo se ha creado el patrón
aleatorio y del grado de deformación en relación con el tamaño lateral de píxel. Si k y L
son demasiado grandes se incrementa mucho el tiempo de procesado y se corre el riesgo
de introducir más errores debido a que se homogeniza el valor de la correlación a medida
que k crece. Por otro lado, si k es demasiado pequeño, los errores surgen porque los
valores de la correlación tienden a discretizarse. Un tamaño óptimo de k podría obtenerse
de la longitud de correlación, y el valor de L se puede mantener pequeño incrementando
el número de imágenes tomadas en la deformación. En la figura (c) mostramos un
ejemplo del resultado (el módulo del desplazamiento en escala de grises) de aplicar
nuestro algoritmo de correlación a una rotación de una imagen de un patrón aleatorio que
se muestra en las figuras (a) y (b).
(a)
(c)
(b)
Referencias
[1] P. Po-Chih Hung and A.S. Voloshin, In-plane Strain Measurement by Digital Image
Correlation, J. of the Braz. Soc. Of Mech. Sci. & Eng., XXV(3), (2003), 215-221.
[2] F. Zhu, et al., Accurate 3D measurement system and calibration for speckle
projection method, Opt. Laser Eng. (2010), doi:10.1016/j.optlaseng.2009.12.016
Otros 139 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Tren de engranajes planetarios tipo “Cyclo”
F.J. RUBIO, F.J. VALERO, J.L. SÚÑER, V. MATA
Dpto. Ingeniraría Mecánica y de Materiales. Universidad Politécnica de Valencia
frubio@mcm.upv.es
El ingeniero alemán Lorenz Braren desarrolló el tren de engranajes planetarios
cicloidales tipo “Cyclo”, más conocidos como engranajes “Cyclo”. Los primeros
engranajes de este tipo vieron la luz en 1931, después de unos años de ensayos (19271930). Lorenz trabajaba en esa época como jefe de diseño en la compañía “Deckel” en
Munich (inicialmente dedicada a fabricación de maquinas herramientas que después
creció en el sector de piezas de precisión para cámaras fotográficas). Allí ideo este tipo
de engranajes planetarios que se basaban en el funcionamiento del obturador “Compur”
para cámaras fotográficas. Las partes móviles de ese obturador inspiraron a Lorenz a
crear este nuevo tipo de engranajes planetarios. El concepto se basaba en una leva de
disco cuyo perfil describía una curva de tipo cicloide. Así fue como el reductor
“Compur” vio la luz. Con el fin de concentrarse en el desarrollo ininterrumpido de este
reductor, Lorenz Braren dejo la compañía Deckel y después de patentar su invento fundó
su propia compañía “Cyclo”. Un año más tarde (1932) en la feria de Leipzig, dio a
conocer su nuevo reductor con el nombre de “Cyclo”. El reductor provocó el interés de
los visitantes, entre ellos la delegación de un consorcio japonés. Una empresa de este
consorcio (Sumitomo Heavy Industries Ltd. una de las mayores empresas de ingeniería
mecánica en Japón) solicitó la licencia para la construcción del engranaje “Cyclo” en
Japón. 5 años más tarde (1937) Sumitomo empezó con la producción de una serie de este
engranaje bajo la denominación “Cyclo Drive”. En poco tiempo se volvió el líder en el
mercado en Japón. En 1974, Sumitomo tomó parte en el capital y en la administración de
la compañía “Cyclo” de Lorenz. La compañía alemana fue absorbida completamente por
Sumitomo Heavy Industries en 1994 y se extendió por toda Europa. Trabaja desde 2003
en todo el mundo bajo la marca paraguas Sumitomo Drive Technologies.
Algunas de las ventajas que ofrece este tipo de engranajes son:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Construcción compacta y ligera.
Grandes relaciones de reducción.
Gran rendimiento al no haber perdidas por fricción.
Gran capacidad para absorber sobrecargas: no es posible la rotura de dientes.
Momento de inercia pequeño y por tanto tiempos de respuesta cortos.
Funcionamiento silencioso.
Equilibrio dinámico.
Algunas de las aplicaciones son:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
140 Sistemas de transporte.
Mezcladores y agitadores.
Máquinas metalúrgicas.
Plantas de tratamiento de agua.
Maquinaria de construcción.
Robótica.
Industria alimentaria.
Otros Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
La ingeniería mecánica en el descubrimiento de
América
J. J. PRIETO1; M. CECCARELLI2; J.C. FORTES1; J.A. CABRERA3 ; R. GONZÁLEZ-PALMA4
1
Dpto. de Ingeniería Mecánica, Minera y Energética. Escuela Superior de Ingeniería – Universidad de
Huelva. Campus de la Rabida, Palos de la Frontera, Huelva, Spain.
2
LARM: Laboratory of Robotics and Mechatronics. Univ. of Cassino. Via Di Biasio 43, 03043 Cassino (Italy)
3
Dpto. de Ingeniería Mecánica y Mecánica de Fluidos. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales.
Universidad de Málaga. C/. Doctor Ortiz Ramos s/n 29071 Málaga (Spain)
4
Dpto. de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial. Escuela Superior de Ingeniería. Universidad de Cadiz. C/.
Chile nº 1, Cadiz (Spain)
juan.prieto@dimme.uhu.es
En este trabajo se muestra minuciosa y ordenadamente, los diferentes eslabones,
mecanismos y sistemas mecánicos, que posibilitaron el Descubrimiento de América. Así
también, se estudia, desde un punto de vista histórico-técnico, el estado del arte de la
ingeniería de máquinas del siglo XV, que de alguna forma comprendía los mecanismos
que contribuyó de manera tan decisiva a la aventura naval colombina. La Edad Media,
tecnológicamente, es un periodo de cierta carencia de creatividad y de capacidad de
innovar, por tanto, la aportación de las máquinas a la producción es escasa. Sin embargo,
a finales de la baja edad media (S XIII y XIV), la ingeniería de máquinas contribuyó
más notablemente en el desarrollo de los diferentes sectores productivos y militar,
aportándoles cierta eficacia y ventaja mecánica. En el siglo XV, el cuerpo de la
ingeniería naval, al igual que la mecánica, estaba compuesto básicamente por artesanos y
carpinteros, encargados en la producción y mantenimiento de las naves. Las carabelas o
Naos eran de origen incierto, tal vez árabe., son los barcos que tecnológicamente más
evolucionan. Estaban diseñadas específicamente para los viajes de exploración y por sus
avanzadas características, fueron las primeras naves europeas que navegaron por el
Atlántico. Las novedades principales que presentaban estas naves eran las siguientes: el
timón se asienta sobre una popa plana, combina velas cuadradas y latinas, en sus tres o
cuatro mástiles, el cuerpo de la nave se alarga y se reduce su anchura (manga), la
estructura se ensambla mejor, para soportar más carga, cuenta con una sola cubierta
cóncava. No sólo estamos ante una cuestión de arte naval, sino también ante una
cuestión de ingeniería mecánica, la cual es desde el siglo XV, una disciplina
independiente, como ya expuso Galileo Galilei en su obra” Le Mecaniche”. Con la
diferenciación de estos mecanismos y su estudio individualizado, se ha conseguido
apreciar, el inestimable valor que la ingeniería mecánica aportó a ésta hazaña, y sin la
cual se comprende harto complicado su éxito. Así también, se observa, que sin la
aplicación adecuada y su admirable destreza en la manejabilidad de estos sistemas
mecánicos, hubiese sido muy difícil, la consecución de éste histórico punto de inflexión.
Otros 141 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evolución tecnológica en los molinos hidráulicos de
rodete horizontal
T. PUJOL, L. MONTORO, J. VELAYOS, J.R. GONZÁLEZ
Dpto. Ing. Mecánica y de la Construcción Industrial, Escuela Politécnica Superior, Universitat de Girona
toni.pujol@udg.edu
La importancia histórica de los molinos hidráulicos es ampliamente reconocida pues, en
las sociedades preindustriales, estos mecanismos fueron una herramienta esencial para el
cambio de una economía de subsistencia a una economía de mercado. Técnicamente, los
molinos hidráulicos convierten la energía potencial del agua en energía cinética de un
rodete cuyos álabes reciben el impacto de un chorro de agua. En molinos de rodete
horizontal, una transmisión directa permite transferir el movimiento de rotación del
rodete a una piedra que, por fricción con otra piedra estática, muele la materia prima.
Aproximaciones analíticas al molino hidráulico de rodete horizontal muestran un
rendimiento hidráulico muy reducido (inferior al 50%) [1]. Así, el incremento en la
demanda de fuentes de energía fiables y autónomas, ya en la revolución industrial, inició
el declive de estos mecanismos que paulatinamente se substituyeron por turbinas
hidráulicas mucho más eficientes, por máquinas de vapor, por motores de combustión o,
simplemente, desaparecieron. Sin embargo, nuestro estudio de campo ha revelado la
existencia de importantes innovaciones tecnológicas que se introdujeron en los molinos
hidráulicos de rodete horizontal con el propósito de incrementar su rendimiento. En
comparación con el diseño clásico, que permaneció en uso durante siglos, hemos
observado la utilización de grandes conductos presurizados con varios inyectores,
rodetes de fundición con un número elevado de pequeños álabes, etc., que acercaban el
mecanismo a los principios de funcionamiento de las turbinas hidráulicas.
Aquí analizamos cuantitativamente estos avances tecnológicos mediante el estudio de
dos molinos hidráulicos reales de rodete horizontal: uno de diseño clásico situado en
Besalú (Girona) y otro que contiene las innovaciones arriba comentadas situado en
Gaserans (Girona). Más allá de las aproximaciones analíticas adecuadas a cada diseño,
nuestra principal aportación consiste en la aplicación de técnicas de simulación de la
dinámica de fluidos para obtener las curvas características de estas máquinas. Así,
mediante la representación virtual de los elementos que forman los mecanismos, hemos
realizado una serie de complejas simulaciones numéricas (flujo bifásico, partes sólidas
en rotación, turbulencia, etc.) con modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD).
Los resultados muestran cómo las innovaciones tecnológicas implementadas en algunos
de estos molinos aumentaron considerablemente el rendimiento hidráulico, llegando a
valores del 81% en comparación con valores inferiores al 50% para los diseños clásicos.
Referencias
[1] T. Pujol, J. Solà, L. Montoro, M. Pelegrí. Hydraulic performance of an ancient
Spanish watermill, Renew. Energ., 35 (2010), 387-396.
[2] T. Pujol, L. Montoro. High hydraulic performance in horizontal waterwheels.
Renew. Energ., (en prensa).
142 Otros Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Modelo de elasto-plasticidad anisótropa basado en
el criterio de fluencia de Hill con endurecimiento
mixto: Algoritmo implícito de integración de
tensiones y módulo tangente consistente
M.A. CAMINERO
Dpto. Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos. Universidad de Castilla-La Mancha
MiguelAngel.Caminero@uclm.es
F.J. MONTÁNS
Dpto. de Vehículos Aeroespaciales. Universidad Politécnica de Madrid
En este trabajo se presenta un algoritmo de elasto-plasticidad anisótropa en pequeñas
deformaciones basado en el criterio de fluencia de Hill de 1948 [1] con endurecimiento
mixto. Los parámetros del material se han definido en función de propiedades mecánicas
obtenidas experimentalmente de ensayos de tracción. Se ha desarrollado un algoritmo de
integración de tensiones totalmente implícito y consistentemente linealizado, basado en
algoritmos de retorno radial, con reglas de flujo y endurecimiento asociativas. Además
se incluye un algoritmo predictor del parámetro de consistencia con objeto de optimizar
el cálculo del algoritmo global. Aunque es posible la evaluación numérica del módulo
tangente algorítmico a través de un proceso de perturbación en el algoritmo de
integración de tensiones, el desarrollo de un módulo tangente consistente es de gran
importancia a nivel computacional con objeto de reducir el tiempo de cálculo. Por ello,
se ha implementado el cálculo del módulo elasto-plástico tangente consistente
algorítmico con objeto de conservar la convergencia de segundo orden típica de estos
esquemas iterativos. Este nuevo algoritmo de integración de tensiones y la formulación
del módulo tangente consistente algorítmico completo supone una importante mejora
respecto del algoritmo de Kójic et at de 1996 [2], ya que, en contraste con esta
formulación, se conserva convergencia cuadrática incluso con endurecimiento mixto.
Finalmente, el algoritmo implícito de integración de tensiones presentado en este trabajo
se puede utilizar como núcleo de corrección plástica para la formulación en grandes
deformaciones. La extensión a la cinemática en grandes deformaciones se reduce a la
implementación de un preproceso y un postproceso de este algoritmo en pequeñas
deformaciones
Referencias
[1] R.Hill. A theory of the yielding and plastic flow of anisotropic metals, Proceedings
of the Royal Society of London. Series A 193 (1948), 281-297.
[2] M.Kójic, N.Grujovic, R.Slavkovic. A general orthotropic von Mises plasticity
material model with mixed hardening: model definition and implicit stress
integration procedure, Journal of Applied Mechanics 63 (1996), 376-382
Otros 143 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Constitución de una red marítima en onda media
capaz de albergar el tráfico necesario para la
identificación de buques que naveguen por rutas
canarias
A.I. LÓPEZ, M.A. GUTIÉRREZ, F. HERRAEZ
Dpto. Tecnológico. Universidad Católica de Ávila
alfonso.lopez@ucavila.es
F. BLANCO
Director de la Oficina de Xestión de Infraestructuras. Universidad de Santiago de Compostela
Son muchos los motivos que imponen un control del tráfico marítimo, de forma que se
sea capaz de realizar un seguimiento total de los distintos buques que se acerquen o se
alejen de las costas. Técnicamente esto no supone problema alguno, existen potentísimos
sistemas empleados para el control de dicho tráfico: radares estacionarios, AIS
(Automatic Identification System), sistemas satelitarios, etc. Desde que apareció el AIS
en 1997 se ha revelado como un medio eficaz. Únicamente achacarle la limitación del
alcance visual (más/menos 30 millas) característico del VHF, superable únicamente por
medio del empleo de frecuencias propias de la onda corta (HF), o por el uso de técnicas
satelitarias, si lo que se pretende es no tener limitaciones de cobertura. La primera de las
soluciones es descartable ya que depende de las distintas horas del día o inclusive de las
épocas del año, podrían aparecer efectos indeseados como el “fading”, etc. La segunda
solución es muy buena, tecnológicamente hablando, tiene el inconveniente de que las
comunicaciones vía satélite son caras y que el segmento espacial está saturado.
Aquí lo que nos planteamos no es exponer la novedad que supone el Sistema Automático
de Identificación de Buques que planteamos utilizar, sino valorar la operatividad de la
implantación del mismo al tráfico marítimo que navegue por rutas que unan Canarias
con la Península. Este no se trata de un sistema satelitario y no está limitado por una
determinada distancia de cobertura, como ocurre con el AIS. Tampoco se trata de un
sistema excluyente de este último, ya que en algunas circunstancias excepcionales se
apoya en él.
Referencias
[1] López Díaz , A.I. Planteamiento de un nuevo sistema, resultado de la interacción de
los equipos radioeléctricos constituyentes del GMDSS con otros dispositivos. Una
solución para aumentar el control sobre la navegación y, la seguridad marítima.
Tesis Doctoral, Univ. de Cantabria, Santander, (2007).
[2] Ortega Piris, A. R. Cálculo del índice de riesgo de accidente marítimo en aguas del
Cantábrico de responsabilidad SAR española. Tesis doctoral. Universidad de
Cantabria, Santander, (2008).
144 Otros Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Caracterización de los carritos de transporte de
niños para su uso en autobuses y autocares
E. ALCALÁ, A. L. MARTÍN, B. VALLES, J. CEPEDA
INSIA-UPM (Instituto Universitario de Investigación del Automóvil de la Comunidad de Madrid)
b.valles@upm.es
Son conocidas las grandes dificultades que las autoridades de transporte encuentran para
definir las condiciones en las que se debe realizar el transporte de niños en autobuses. Un
caso particular se presenta en el caso del transporte urbano de niños en carritos. Ni los
carritos han sido pensados para su utilización en estos transportes ni los vehículos
presentan adaptaciones que faciliten su utilización. En el presente artículo se presenta el
resultado de un estudio de adecuación de cochecitos de niños en el transporte público de
pasajeros. Este estudio forma parte del proyecto “Determinación de los requisitos de
accesibilidad y seguridad en la utilización de carritos de niños en vehículos de transporte
público (ASUCAR)”. El principal objetivo del proyecto es garantizar la accesibilidad y
seguridad de los niños en sus cochecitos durante su utilización en los autobuses de
transporte público, puesto que en la actualidad existe una laguna legislativa en cuanto al
uso de los cochecitos en este medio de transporte.
El objetivo del análisis de mercado realizado, es la recopilación de los datos necesarios
para la caracterización de los cochecitos y su utilización en vehículos de transporte
público. Para ello, se han realizado las siguientes actividades:

Distintas clasificaciones de los tipos de carritos de niños, en función de los
parámetros que se consideran más importantes y que influyen en la estabilidad
y resistencia del carrito: según el elemento que se puede colocar sobre la
estructura, el tipo de chasis, el tipo de plegado, etc.

Definición las familias más importantes que se pueden encontrar en el mercado,
para poder determinar las características más habituales de los carritos de niños
más utilizados, mediante una búsqueda exhaustiva del número de fabricantes y
modelos existentes en la actualidad.

Caracterización tanto la estabilidad de los carritos en vacío como cuando sea
utilizado por el niño o bebé, así como la resistencia de los mismos, a partir de
las dimensiones y el peso, para ello, se ha utilizado la información recopilada
de los estudios y proyecto revisados, así como de las guías de puericultura del
mercado, catálogos e informes de fabricantes y las medidas “in-situ” realizadas
directamente en los cochecitos de niños.
El objetivo final de la tarea ha sido la determinación de la familia de carritos que se
considera más desfavorable desde el punto de vista de la seguridad en el transporte
urbano, es decir, la familia de carritos con mayor tendencia a la perdida de estabilidad y
de menor resistencia posible o mayor peso.
Otros 145 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio comparativo de los resultados de la ITV en
ciclomotores respecto a otros vehículos
A. GONZÁLEZ
Inspecciones de Murcia, S.A.
agoncar@um.es
F.C. GÓMEZ DE LEÓN
Dpto. de Ingeniería de la Información y las Comunicaciones. Universidad de Murcia
M. ALARCÓN
Dpto. Mixto. Universidad de Murcia
El Real Decreto 711/2006 establecía para toda España la inspección Técnica obligatoria
para los ciclomotores e indicaba que la implantación de dicha ITV se haría
progresivamente en todo el territorio nacional.
Estos vehículos empezaron a inspeccionarse en la comunidad Autónoma de Murcia el
día 1 de Enero del año 2008, una vez que todas las estaciones ITV tuvieron el tiempo
suficiente para disponer de la maquinaria y unidades móviles necesarias para poder
realizar dicha inspección y hubieron llevado a cabo la formación del personal inspector.
Al cumplirse casi dos años del inicio de la ITV en ciclomotores, la cantidad de
inspecciones realizadas permite obtener algunas conclusiones respecto a la forma en que
la inspección obligatoria condiciona el mantenimiento y, por tanto, el estado, de los
vehículos en circulación, particularmente en cuanto a la tipología y catalogación de los
defectos encontrados en dichos vehículos en comparación con los que se encuentran en
otro tipo de vehículos, como por ejemplo los turismos, donde las inspecciones están
consolidadas desde hace más de 20 años. La relación entre los defectos existentes, la
antigüedad del parque de vehículos y la entrada en vigor de las normas
anticontaminación europeas, también se ha estudiado. Se observa, en general, como la
desviación en las emisiones, respecto de los valores de base, aumenta con la antigüedad
del vehículo y cómo los vehículos con motor de gasolina (ciclo Otto) presentan mayor
desviación que los motores de gasóleo (ciclo Diésel).
Referencias
[1] Datos de Defectología de la Región de Murcia. Dirección General de Industria de la
Comunidad Autónoma de Murcia.
[2] VV.AA. “Contribución de la Inspección Técnica de Vehículos (ITV) a la Seguridad
Vial”. Instituto de Seguridad de los vehículos Automóviles “Duque de Santomauro”
(ISVA), de la Universidad Carlos III de Madrid.
[3] AUTOFORE Project. Study on the Future Options for Roadworthiness Enforcement
in the European Union. (http://www.cita-vehicleinspection.org).
[4] Real Decreto 224/2008, de 15 de febrero, sobre normas generales de instalación y
funcionamiento de las estaciones de inspección técnica de vehículos.
146 Otros Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
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DE INGENIERÍA MECÁNICA
La certificación LEED, cómo cumplir con un
conjunto de normas para la sostenibilidad en el
proyecto de ingeniería
J.M. PORTELA, J. L. VIGUERA, A. PASTOR, M.M. HUERTA, M. OTERO
Departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial. Universidad de Cádiz
josemaria.portela@uca.es
El sistema LEED[1], acrónimo en inglés de "Liderazgo en Diseño Energético y
Ambiental", consiste en la evaluación del acabado de una construcción según seis
criterios principales: sostenibilidad, eficiencia en el aprovechamiento del agua, energía e
impacto atmosférico, materiales y recursos empleados, calidad del ambiente interior e
innovación y proceso de diseño. El uso eficiente de la energía es el valor que más puntúa
en la certificación LEED.
Una construcción que siga el tipo de certificado LEED, comparada con otra
convencional, reduce entre el 30% y el 70% de consumo de energía, del 30% al 50% el
consumo de agua, entre el 50% y el 90% del coste de los residuos, y aproximadamente el
35% de las emisiones de dióxido de carbono. Conseguir cumplir con el conjunto de
normas necesario para obtener la acreditación LEED, suele incrementar los costes de
construcción y diseño.
Una construcción con nivel plata puede aumentar su presupuesto total en más de un 2%.
Este sobrecoste, suele ser porque constructores y diseñadores no están aún familiarizados
con las técnicas sostenibles, por lo que necesitan más tiempo y esfuerzo así como
materiales y equipamientos específicos. La certificación LEED supone, además, un gasto
en si mismo. Pero se ha de tener en cuenta que el ahorro que supone seguir esta
certificación, amortiza los sobrecostos a partir del tercer año, como termino medio, y
siempre incrementa la calidad de vida. A medida que estos sistemas de construcción
ecológica se generalicen, se espera que sus costes se reduzcan.
En estos sistemas de certificación, se proponen una gran variedad de sistemas
ecológicos: agua caliente sanitaria (ACS) con energía solar térmica y paneles
fotovoltaicos en el techo, climatización natural, dispositivos con eficiencia energética
"Energy Star", bajo consumo de agua, madera con certificación FSC y papel reciclado,
aislamiento y ventanas de alta eficiencia para aprovechar la luz y el calor,
aprovechamiento del agua de lluvia, suelo radiante, luces de bajo consumo, etcétera.
La principal crítica a la certificación LEED según la Sociedad Americana de Acústica, es
cómo la certificación LEED valora el aislamiento del ruido en hospitales y escuelas, pero
no en el resto de edificaciones.
Referencias
[1] LEED, Desarrollado por el U. S. Consejo de Edificios Verdes (USGBC)
Otros 147 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Adecuación de las políticas legislativas a la
penetración de la tecnologia eólica en España y las
implicaciones del posible cambio retroactivo del
marco retributivo de las instalaciones en régimen
especial
B.Y. MORATILLA, M.M. CLEDERA
Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas - Comillas-ICAI
ymoratilla@dim.icai.upcomillas.es
S.IBÁÑEZ
Norvento enerxia
F.GARBAYO
Goméz Acebo &Pombo
La energía eólica se ha desarrollado a muy alto nivel durante los últimos 10 años. Pero
éste crecimiento ha sido desigual en cada país, existiendo países, como el caso de
España, con un alto ratio de penetración de la tecnología y otros en los que no hay
ningún Mw instalado. Parece claro, que aunque la tecnología eólica está siendo cada vez
más competitiva comparada con la generación estándar, todavía requiere el uso de
incentivos para su desarrollo, principalmente en los lugares donde no exista un buen
recurso eólico.
Se ha realizado un estudio comparativo de la adecuación de las políticas de los Reales
Decretos relativos a la actividad de producción de energía eléctrica en Régimen Especial
(energías renovables), a la consecución de la penetración de la tecnología eólica en
España. Indicando los puntos fuertes y débiles de cada uno de ellos y haciendo un
estudio técnico de análisis del sistema de incentivos empleado, comparándolo con otros
posibles modelos utilizados en otros países, donde no se ha conseguido la misma
penetración de la tecnología eólica.
Referencias
[1] REAL DECRETO 2818/1998, de 23 de diciembre, sobre producción de energía
eléctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energía renovables,
residuos y cogeneración.
[2] REAL DECRETO 436/2004 de 12 de marzo por el que se establece la metodología
para la actualización y sistematización del régimen jurídico y económico de la
actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial.
[3] REAL DECRETO 661/2007 de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de
producción de energía eléctrica en régimen especial.
[4] Energía. Tendencias tecnológicas a medio y largo plazo. OPTI. Ministerio de
Ciencia y tecnología.
148 Otros Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
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DE INGENIERÍA MECÁNICA
Calefacción urbana o de distrito, ¿un sistema
energéticamente más sostenible?
M.M. HUERTA, J.M. PORTELA, A. PASTOR
Departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial. Universidad de Cádiz
milagros.huerta@uca.es
La calefacción urbana o de distrito, es un sistema de calefacción central como la de
cualquier comunidad de vecinos, pero de grandes dimensiones para una ciudad o un
barrio, dispone de una instalación que produce el calor y se canaliza por sus calles para
que llegue a todos los hogares, incrementando la eficiencia en el aprovechamiento del
agua, energía, y disminución del impacto atmosférico. Ciudades y barrios de países de
todo el mundo, tienen este tipo de calefacción, incluso España. La producción del calor
se basa, en general, en centrales de cogeneración, pero cada vez más se usan energías
renovables como la biomasa, la energía solar y hasta el calor sobrante de las centrales
nucleares y de las incineradoras de residuos urbanos. Este aprovechamiento del calor
residual es importantísimo en el ahorro energético de este sistema.
La calefacción urbana obtiene su calor de una central cercana. El calor se distribuye a los
edificios de un barrio o de una ciudad que forman parte de la red, mediante un sistema de
tubos aislados, por lo general subterráneos. Usualmente se usa agua para distribuir el
calor, pero también se puede utilizar vapor. El calor distribuido se puede utilizar para
calefacción, ACS e incluso para refrigeración en verano con sistemas especiales. Las
centrales más utilizadas para obtener este calor, son las centrales de cogeneración que al
producir y aprovechar de forma conjunta electricidad y calor, logran un considerable
ahorro energético, además de disminuir la contaminación al reducir el consumo de
combustibles fósiles o gas natural.
Pero cada vez más se diseñan y utilizan centrales basadas en energías renovables, como
la biomasa, o la geotérmica en los lugares donde es posible como Islandia. La principal
ventaja en este sistema es que la producción del calor es mucho más eficiente pues se
desperdicia menos y se contamina también menos. El principal inconveniente, es la
puesta en marcha de la central productora de calor y la red de tuberías. Todo este sistema
requiere una gran inversión inicial, que se amortiza a largo plazo. Este sistema no es una
buena opción para zonas con baja densidad demográfica o para comunidades con
muchos pequeños edificios.
Donde se puede encontrar la mayor implantación de la calefacción urbana o de distrito es
en los países nórdicos, Rusia y Europa del Este. En España destaca la central térmica de
la ciudad universitaria, obra del arquitecto Manuel Sánchez Arcas y del ingeniero
Eduardo Torroja, que fue Premio Nacional de Arquitectura en 1932. Esta central da
servicio a muchas facultades de la Universidad Complutense de Madrid.
Otros 149 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
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DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio del comportamiento térmico de un aerorefrigerador con pre-enfriamiento adiabático
M. LUCAS, P.J. MARTÍNEZ, J. RUIZ
Dpto. Ingeniería de Sistemas Industriales. Universidad Miguel Hernández de Elche
mlucas@umh.es
A.S. KÁISER, A. VIEDMA, B. ZAMORA
Departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos. Universidad Politécnica de Cartagena
La elección del sistema de condensación es un aspecto clave a tener en cuenta a la hora
de valorar las implicaciones energéticas y medioambientales de un ciclo de refrigeración.
Las soluciones convencionales que se emplean son la cesión de calor a una corriente de
agua, y su recirculación a través de torres de refrigeración, o bien a una corriente de aire
atmosférico, a través de un aero-refrigerador. Si bien el empleo de torres de refrigeración
implica un menor consumo de energía pues origina una menor presión de condensación,
existen una serie de implicaciones medioambientales asociadas a su funcionamiento que
las están cuestionando. En particular por los brotes de legionelosis asociados a este tipo
de equipos. Los aero-refrigeradores con preenfriamiento adiabático se presentan como
alternativas a las torres de refrigeración, ya que su diseño hace prever un valor bajo,
cuando no nulo, de emisión de gotas de agua y por tanto de riesgo de legionelosis, y
además ofrecen una mejora energética respecto a los aero-refrigeradores convencionales.
El enfriamiento evaporativo para el acondicionamiento del aire no es un concepto nuevo,
sin embargo su aplicación como preenfriamiento del aire de entrada al condensador no
es habitual. Como algunos estudios indican, cuando se instalan sistemas de enfriamiento
evaporativo a la entrada del condensador de un ciclo de refrigeración se consiguen
ahorros de energía. Goswani et al. [1] añaden un enfriador evaporativo a un sistema de
aire acondicionado existente de 2,5 ton obteniendo un ahorro de energía del 20%
respecto al sistema original cuando la temperatura ambiente era de 34ºC.
Este trabajo muestra el estudio experimental de un prototipo de aero-refrigerador con
pre-enfriamiento adiabático construido en la cubierta del Edificio Torrepinet de la
Universidad Miguel Hernández de Elche.
Referencias
[1] Goswami, D.Y., Mathur, D.Y., Kulkarni, S.M., 1993. Experimental Investigation of
Performance of a Residential Air Conditioning System with an Evaporatively
Cooled Condenser. Journal of Solar Energy Engineering. 115, 206-211
150 Otros Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Procesos láser en dispositivos fotovoltaicos de
silicio en lámina delgada
C. MOLPECERES, S. LAUZURICA, J.J. GARCÍA-BALLESTEROS, M.I. SÁNCHEZ,
M. MORALES, J.L. OCAÑA
Centro Láser. Universidad Politécnica de Madrid
Carlos.molpeceres@upm.es
Los procesos láser son hoy en día insustituibles en la fabricación de dispositivos
fotovoltaicos. Desde las tecnologías más tradicionales basadas en silicio cristalino,
donde se emplea esta herramienta ventajosamente para efectuar los procesos de contacto
enterrado o el aislamiento de borde, hasta las más novedosas de lámina delgada (bien
sean basadas en Si, CdTe ó CIS) donde los láseres juegan un papel fundamental en la
interconexión monolítica y en la eliminación de borde antes del encapsulado, la
tecnología láser ha demostrado su carácter de herramienta imprescindible en la
fabricación de células y módulos fotovoltaicos de última generación.
Por otra parte, la aparición de nuevas fuentes láser, con menor anchura de pulso, mayor
estabilidad y mejor calidad de haz hacen que su potencial uso en fabricación permita
adivinar un futuro cercano con una mayor eficiencia y una importante reducción de
costes de fabricación de estos dispositivos.
En este trabajo se presentan los últimos avances en este ámbito desarrollados por el
Centro Láser de la Universidad Politécnica de Madrid. Este centro ha contribuido, en
colaboración con otros organismos públicos nacionales, a la consecución de auténticos
hitos en el ámbito fotovoltaico nacional, como la obtención del primer módulo de silicio
amorfo con tecnología íntegramente española (en colaboración con el CIEMAT) o el
desarrollo de procesos de contacto puntual con láser para su aplicación a dispositivos de
heterounión.
Además se presentan los últimos desarrollados efectuados en caracterización de procesos
mediante técnicas ópticas. Estas técnicas, tal y como se discute en el presente trabajo,
abren las puertas a la regulación y control de procesos láser para dispositivos
fotovoltaicos en entorno industrial.
Referencias
[1] C. Molpeceres et al. , Optical characterization of the heat-affected zone in laser
patterning of thin film a-Si:H Proc. SPIE 7202, Photonics West 72020R (2009)
[2] C. Molpeceres et al. Selective ablation of photovoltaic materials with UV laser
sources for monolithic interconnection of devices based on a-Si:H. Materials
Science and Engineering: B, Volumes 159-160, 15, 2009, Pages 18-22
Otros procesos de fabricación 151 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Predicción de la geometría del cordón en procesos
de aporte mediante láser
I. TABERNERO, S. MARTÍNEZ, E. UKAR, A. LAMIKIZ
Dpto. de Ingeniería Mecánica, Universidad del País Vasco UPV-EHU
ivan.tabernero@ehu.es
El proceso de aporte mediante láser se basa en la creación de un baño fundido en el
material o substrato donde se inyecta un material de aporte generando un recubrimiento
con mínimo daño térmico. Así, este proceso se utiliza industrialmente para generar
recubrimientos en superficies sometidas a contacto, compitiendo con técnicas como la
electrodeposición ó la nitruración. Estos recubrimientos pueden ser de mayor dureza que
el substrato e incluso se pueden combinar materiales de diferente naturaleza tales como
recubrimientos cerámicos sobre substratos metálicos. Además, se esta estudiando la
aplicación de esta técnica en la reparación de piezas de alto valor añadido evitando el
uso de métodos tradicionales de soldadura mediante TIG o plasma, que por lo general
requieren una aplicación manual y presentan mayor zona afectada térmicamente. En este
sentido la tecnología láser aporta una gran facilidad de automatización e integración en
maquinas convencionales, lo que permite su aplicación industrial. Por último, mediante
el uso del aporte láser también es posible la fabricación directa de piezas capa a capa, lo
que lo convierte de especial interés en el sector aeronáutico donde el desperdicio de
material en forma de viruta al usar el mecanizado tradicional es excesivo.
De este modo, uno de los aspectos importantes en la aplicación de este proceso es el de
conocer la geometría del cordón depositado. Así, en este trabajo se presenta un modelo
semi-empírico donde, partiendo de la concentración del material inyectado en el plano
de aporte y de la geometría del baño fundido, se estima la geometría del cordón. El
modelo se valida experimentalmente mostrando un gran ajuste entre los valores
estimados y los medidos.
Referencias
[1] J. Liu, L. Li, Study on cross-section clad profile in coaxial single-pass cladding with
a low-power laser, Optics & Laser Technology 37 (2005) 478-482.
152 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Microprocesado láser para contactado frontal de
células solares basadas en Silicio cristalino
I. SÁNCHEZ-ANIORTE, M. COLINA, J.L. OCAÑA, C. MOLPECERES
Centro Láser UPM, Universidad Politécnica de Madrid
mi.sanchez@upm.es
Con el objetivo de mejorar la eficiencia de células solares basadas en silicio cristalino (cSi), se están estudiando nuevos conceptos de metalización para la creación de los
contactos frontales. Una técnica todavía poco explotada es el microsinterizado láser, ésta
junto con la técnica de direct writing, se pretenden aplicar para el contactado frontal [1],
de esta forma se busca conseguir precisión, rapidez de proceso y evitar los tratamientos
térmicos agresivos convencionales [2].
La deposición del material a contactar es asistido por láser pulsado, mediante la técnica
denominada direct writing, con este método se puede transferir pastas de plata y dibujar
patrones con un alto grado de resolución espacial [3-4]. El objetivo es conseguir
depositar líneas muy finas (<100μm) y posteriormente sinterizar para contactar la plata y
el silicio, de forma que la extracción de carga sea lo más efectiva posible [5]. Los
resultados obtenidos manifiestan que el uso de este tipo de fuentes apunta a ser una
solución futura para aplicaciones fotovoltaicas de bajo coste.
Para desarrollar tal actividad se emplea un láser de estado sólido bombeado por diodos,
pulsado Q-switched, Navigator X15SC-532Q de Spectra-Physiscs, con longitud de onda
532 nm, así mismo se dispone de scanner y un sistema de posicionamiento de precisión
en los tres ejes. Para la caracterización se utilizó un microscopio Confocal Leica DCM
3D y SEM (Scanning Electron Microsope) HITACHI S-3000N. Para las medidas
eléctricas se empleó un equipo Keithley 2400.
Imagen Microscopio Optico y Confocal, para una línea de plata depositada mediante
láser pulsado 532nm, las líneas son continuas con anchuras <100μm y alturas de 10-20
μm de material.
Referencias
[1] K.L. Luke, L. Cheng, J. Appl. Phys. 61 (6) (1987) 2282.
[2] Glunz. High-Efficiency Crystalline Silicon Solar Cells. Adv. In Optoelectronics. Vol
2007. (2007) 1-6.
[3] J.F. Nijs. Advanced cost-selective crystalline silicon solar cell technologies. Solar
Energy Materials & Solar Cells 65 (2001) 249-259.
[4] S.W. Glunz. New concepts for high-efficiency silicon solar cells. Solar Energy
Materials & Solar Cells 90 (2006) 3276–3284.
[5] J. Schmidt, A.G. Aberle, J. Appl. Phys. 81 (9) (1997) 6186.
Otros procesos de fabricación 153 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Simulación termo-mecánica de procesos de
tratamiento superficial mediante ondas de choque
generadas por láser
C. CORREA, M. MORALES, J.A. PORRO, L. RUIZ DE LARA, C. MOLPECERES, J.L. OCAÑA
Centro Láser UPM. Universidad Politécnica de Madrid. Campus Sur UPM.
Edificio La Arboleda Ctra. de Valencia, km. 7,300. 28031 Madrid. SPAIN
miguel.morales@upm.es
El tratamiento superficial mediante ondas de choque generadas por láser (LSP) se basa
en la aplicación de un pulso láser de alta intensidad (I > 1 GW/cm2;  < 50 ns) en la
superficie de un blanco metálico provocando la vaporización súbita de su superficie y su
conversión en un plasma de alta temperatura y densidad que induce la propagación de
una onda de choque en el blanco.
El resultado característico del tratamiento superficial de materiales por ondas de choque
generadas por Láser consiste en la inducción de un campo de tensiones residuales de
compresión en una más o menos delgada capa de material bajo la superficie del mismo
que propicia una mejora significativa de las propiedades de dicho material afectadas por
el inicio y propagación de grietas superficiales.
En este artículo, se presenta un modelo que permite estudiar la influencia de los distintos
parámetros del proceso (irradiancia, radio de la superficie de interacción, duración del
pulso, solapamiento entre pulsos distintos, ...). Y se presentan comparaciones con las
tendencias obtenidas experimentalmente.
154 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio sobre la influencia del rozamiento en
operaciones de forja localizada-incremental
mediante simulación por elementos finitos
A.M. CAMACHO, M.M. MARÍN, M.A. SEBASTIÁN
Dpto. Ingeniería de Construcción y Fabricación. Universidad Nacional de Educación a Distancia
amcamacho@ind.uned.es
La innovación en el campo del conformado plástico de metales pasa por la investigación
y desarrollo de nuevas tecnologías y materiales adecuados para su empleo en este
campo. En la mayoría de los casos, los nuevos desarrollos parten de principios básicos y
fundamentos propios de los procesos convencionales tradicionalmente estudiados e
implantados a escala industrial, pero mejorando aspectos concretos dependiendo del tipo
de aplicación. Los procesos de forja localizada-incremental (Localized-Incremental
Forging - LIF) son un ejemplo de esta tendencia en conformado por deformación
plástica de piezas volumétricas, en el que se pretenden aprovechar las principales
ventajas de la tecnología incremental [1]. Dos ejemplos claros de estas ventajas son
conseguir una mayor flexibilidad que en operaciones de forja convencional o un mayor
control de los parámetros del proceso [2]. De cara a ahondar en el conocimiento de los
procesos LIF para una correcta caracterización de los mismos [3] resulta imprescindible,
como primera aproximación al problema, recurrir a técnicas de simulación numérica
como el método de los elementos finitos, empleado en el presente trabajo.
Recientemente se han publicado estudios en esta línea [4] para mejorar la capacidad de
análisis de estos métodos en procesos incrementales de piezas volumétricas. Dado que el
rozamiento es uno de los fenómenos de mayor repercusión en las fuerzas requeridas y en
muchos casos origen de problemas de diversa índole en procesos de forja convencional,
es de indudable interés estudiar la influencia de este parámetro en operaciones LIF. En
este sentido, una de las ventajas de la tecnología localizada-incremental es que se facilita
la lubricación en la superficie de trabajo, siendo esta una de las ventajas competitivas de
estos procesos. En el presente trabajo se analiza la influencia del rozamiento en el estado
tensional y deformacional de una pieza de aluminio 2024-T3 sometida a este tipo de
operaciones, teniendo en cuenta también el efecto de aspectos geométricos relacionados
con la pieza y la herramienta empleadas. Así mismo se analizan las fuerzas necesarias y
las presiones de contacto por su relación con el desgaste de la herramienta.
Referencias
[1] P. Groche, D. Fritsche, E.A. Tekkaya, J.M. Allwood, G. Hirt, R. Neugebauer.
Incremental bulk metal forming, CIRP Ann.-Manuf. Techn., 56-2 (2007), 635-656.
[2] A.M. Camacho, C. Vallellano, M.A. Sebastián, J. García-Lomas. Análisis mediante
el MEF de los efectos de la geometría del extremo del punzón en procesos de forja
localizada-incremental, XVII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica
(CNIM’08), 2008, Gijón, 279-285.
[3] K. Jackson, J. Allwood. The mechanics of incremental sheet forming, J. Mater.
Process. Tech., 209 (2009), 1158–1174.
[4] G. Hirt, R. Kopp, O. Hofmann, M. Franzke, G. Barton. Implementing a high
accuracy Multi-Mesh Method for incremental Bulk Metal Forming, CIRP Ann.Manuf. Techn., 56 (2007), 1, p. 313-316.
Otros procesos de fabricación 155 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Optimización de módulos en la aplicación del
Teorema del Límite Superior en procesos de forja
F. MARTÍN, L. SEVILLA
Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación. ETSII-EUP. Universidad de Málaga.
C/ Dr. Ortiz Ramos s/n. 29071 Málaga. España Telf. 951 952 309
fdmartin@uma.es
M.A. SEBASTIÁN
Dpto. de Ing. de Construcción y Fabricación. ETSII, UNED. C/. Juan del Rosal, 12. 28040 Madrid. España
La aplicación en procesos de forja del método analítico del Teorema del Límite Superior
(TLS) mediante Bloques Rígidos Triangulares (BRT) plantea, bajo la consideración de
deformación plana, el problema geométrico de la adaptación de los módulos
considerados (módulos compuestos de un determinado número de BRT) al perfil de la
pieza en estudio. El número óptimo de BRT que conforma el módulo es aquel que
determina el mínimo valor de la carga necesaria para lograr la deformación deseada. El
presente trabajo analiza, mediante una doble vertiente, la optimización del número de
BRT en cada módulo y, con ello, la obtención de un valor próximo al mínimo requerido.
El doble enfoque es considerado a través del estudio analítico de la aplicación del TLS
en virtud de ecuaciones finales del tipo (1) obtenidas en estudios anteriores [1]:
 2 b 2
b2
 h1 
h22 

P
1
4 
4

 
h2
2k 2b  2 h1  btg    h1




2

b
  2h1 
m
2

cos  



A partir de estas ecuaciones, y mediante análisis gráfico, en este trabajo serán
determinados los intervalos correspondientes a un número optimizado de BRT.
4
P/2k
3
2
1
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
factor de forma
Referencias
[1] F. Martín, L. Sevilla, M.A. Sebastián. Implementation of Technological and
Geometrical Parameters in Forging Processes by Means of the Upper Bound
Element Technique, American Institute of Physics Conference Proceedings, 1181(1)
455-463 (2009).
156 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evaluación del proceso de embutición de copas
mediante parámetros de redondez y de cilindridad
M.C. MANJABACAS, A. MARTÍNEZ ,J. COELLO, E. ELBAL, V. MIGUEL, A. CALATAYUD
Instituto de Desarrollo Regional, Universidad de Castilla-La Mancha
Mcarmen.manjabacas@uclm.es
El proceso de embutición profunda de chapa se ve sujeto a imprecisiones de forma y
dimensionales cuya naturaleza puede ser de diversa índole. Generalmente el desgaste en
punzones y matrices, excentricidades presentes en prensas y utillajes, así como la
recuperación elástica del material, fenómeno conocido como springback, son las causas
más frecuentes.
La definición de parámetros de redondez y de cilindridad van dirigidos al control
metrológico de piezas de revolución en general, pero no existen procedimientos
establecidos para la evaluación de factores de influencia en el proceso de embutición
profunda.
En este trabajo se indican los resultados de la medición de copas embutidas de acero
DC-05 y de acero inoxidable AISI 304 de calidad de embutición mediante un banco de
redondez Talyrond 131C estableciendo la viabilidad del método. En particular, se evalúa
mediante parámetros de redondez la recuperación elástica del material en la embutición,
así como la influencia de la dirección de laminación en la misma. Para ello, se establece
un análisis comparativo entre las copas embutidas y las matrices y punzones empleados.
Referencias
[1] G.T. Smith, Industrial Metrology, Ed. NPL, 2002 USA.
[2] T. Gnaeupel-Herold , T. Foecke, H. J. Prask, R. J. Fields, An investigation of
springback stresses in AISI-1010 deep drawn cups, Materials Science and
Engineering A 399 (2005) 26–32
[3] J.W. Dawson, Cylindricity and its measurement, Int. J. Mach. Tools Manufact. Vol.
32, No. 1/2, pp. 247-253, 1992.
[4] Chiang, D.C., and Kobayashi, S., The Effect of Anisotropy and Work-Hardening
Characteristics on the Stress and Strain Distribution in Deep Drawing, Journal of
Engineering for Industry, November 1966, pp. 443-448.
[5] Ibarrondo, I.; Embutición extraprofunda; Servicio editorial Universidad del País
Vasco, Bilbao, 1987.
[6] E. Soria, Determinación de la Geometría de Productos Mediante un Banco de
Redondez. Aplicación a la Embutición de Copas, Trabajo Fin de Carrera, Escuela
Ingenieros Industriales, 2009, Albacete.
Otros procesos de fabricación 157 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Aplicación del método de las tensiones locales con
hipótesis de deformación plana para la evaluación
de fuerzas en embutición profunda
V. MIGUEL, A. MARTÍNEZ, J. COELLO, M.C. MANJABACAS, A.CALATAYUD
Instituto de Desarrollo Regional, Universidad de Castilla-La Mancha
Valentin.miguel@uclm.es
En el presente trabajo se analiza la adecuación del método de cálculo basado en el
análisis de tensiones locales con hipótesis de deformación plana para la evaluación de las
fuerzas correspondientes al conformado de la zona del flanco en el proceso de
embutición profunda. Esta zona del proceso se caracteriza por un estado tensional típico
de compresión biaxial tracción o “pure shear”. Tras una breve descripción del
procedimiento analítico, empleado tradicionalmente para el cálculo de estirado de chapa,
se establecen las hipótesis que permiten exportar el procedimiento al proceso de
embutición de chapa.
Se ensayan diversas posibilidades del método analítico, basadas en la selección de
diferentes ángulos de deformación, y se contrasta con datos experimentales sobre copas
embutidas parcialmente de acero inoxidable AISI 304 DDQ y acero al carbono DC-05.
Los resultados obtenidos permiten considerar el procedimiento como un buen estimador
de la fuerza empleada en la deformación del flanco.
Referencias
[1] V. Miguel, C. Ferrer, A. Calatayud, A. Martínez, J. Coello, Modelización de la
Fuerza en la Deformación de Chapa Electrocincada de Alta Embutibilidad (DC-05
UNE EN 10130) en Condiciones de Tracción-Compresión Biaxial, Actas del IX
Congreso Nacional de Materiales, Vol.1, ISBN 84-8158-322-7, pp. 59-62, 2006,
Vigo.
[2] Rowe, G.W., Conformado de los metales, Ed. Urmo , España, 1972.
[3] Fereshteh-Saniee, F. and Montazeran, M.H., A comparative estimation of the
forming load in the deep drawing process. Journal of Materials Processing
Technology, 140 (2003), pp. 555-561
[4] V. Miguel, J. Coello, A. Calatayud, A. Martínez, M.C. Manjabacas, C. Ferrer, An
approach to evaluation of sheet bending force under succesive multiaxial stress
condition, Journal of Materials Processing Tech. 209 (2009), pp. 1588-1596),
England.
[5] D. M. Woo, Analysis of the Cup-Drawing Process, J. Mech. Eng. Sci., Vol. 6 (2),
1964 pp. 116-131
158 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Aplicación del bruñido con bola para el acabado de
superficies complejas en máquinas multieje
A. RODRÍGUEZ, L.N. LÓPEZ DE LACALLE, A. CELAYA, A. FERNÁNDEZ, U.J. UGALDE
Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad del País Vasco
adrian.rodriguez@ehu.es
En este trabajo se presenta el bruñido hidrostático con bola como proceso de acabado de
superficies complejas. Se trata de un método rápido, sencillo y barato que consigue
mejorar notablemente la calidad superficial de las piezas, provoca un aumento de la
dureza en la superficie de la pieza, mantiene las tolerancias dimensionales e introduce
tensiones residuales de compresión, las cuales mejoran el comportamiento a fatiga de la
pieza [1, 2].
Para abordar el bruñido de superficies complejas en máquinas multieje con los
parámetros de bruñido óptimos, se ha estudiado la influencia de cada uno de los
parámetros en probetas de superficie plana. El bruñido de superficies complejas se ha
realizado con dos estrategias diferentes: bruñido continuo utilizando la interpolación
simultánea de los 5 ejes de la máquina y bruñido de la superficie por partes.
Los resultados obtenidos en este trabajo muestran la importancia de la elección de los
parámetros de bruñido. Se ha demostrado que los valores de rugosidad se pueden reducir
en más de un orden de magnitud obteniendo un aumento significativo de la dureza
superficial. El bruñido continuo en 5 ejes consigue una notable mejora en la rugosidad
de la pieza pero la velocidad de avance del bruñidor queda limitada por la velocidad
máxima de los ejes rotativos. El bruñido por partes puede ser realizado con una
estrategia de 3+2 ejes permitiendo un máximo aprovechamiento de la velocidad de
avance, reduciendo así el tiempo de acabado de la pieza pero en detrimento de la
rugosidad de la superficie en la frontera de las partes.
Referencias
[1] L.N. López de Lacalle, A. Lamikiz, J. Muñoa, J.A. Sánchez. Quality improvement
of ball-end sculptured surfaces by ball burnishing, International Journal of Machine
Tools & Manufacture, 45 (2005), 1659-1668.
[2] N.H. Loh, S.C. Tam. Effects of ball burnishing parameters on surface finish—a
literature survey and discussion, Precision Engineering, (1988) vol. 10, n. 4, pp.
215–220.
Otros procesos de fabricación 159 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Torno-fresado ortogonal como proceso alternativo
al torneado a punta de cuchilla
A. FERNÁNDEZ, L.N. LÓPEZ DE LACALLE, U.J. UGALDE
Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad del País Vasco
implomal@bi.ehu.es
El torno-fresado es un concepto relativamente nuevo dentro de las tecnologías de
fabricación en máquinas multi-tarea de 4/5 ejes. Para realizar esta operación es necesario
dotar de rotación tanto a la pieza como la herramienta simultáneamente. Este proceso, en
función de la posición espacial de los ejes de rotación, se puede clasificar como tornofresado coaxial u ortogonal. Se denomina coaxial cuando el eje de rotación de la
herramienta y el de la pieza son paralelos el uno al otro. Esta opción es adecuada para el
mecanizado tanto de exteriores como de interiores. En cambio, se denomina ortogonal
cuando el eje de giro de la herramienta es perpendicular al de la pieza, siendo aplicable
únicamente para el mecanizado de exteriores. La aplicación de esta técnica supone un
incremento de la productividad en comparación con el fresado o torneado convencional.
La técnica de torno-fresado ofrece una gran flexibilidad al permitir combinar ambas
operaciones de mecanizado en una misma máquina. Esto permite eliminar los tiempos de
traslado de la pieza de una máquina a otra y la consiguiente operación de amarre, así
como disminuir el número de utillajes necesarios. El torno-fresado no solo ofrece la
posibilidad de realizar superficies planas o de revolución, sino que permite generar
superficies más complejas como por ejemplo elipses o piezas excéntricas.
Este trabajo describe el estudio experimental de la evolución del desgaste de una
herramienta en función del volumen de material arrancado. Así, se compara una
operación de torneado con herramienta convencional con una fresa de placas
intercambiables realizando la operación de torno-fresado ortogonal. Con este propósito,
la placa empleada es de la misma geometría y calidad en ambas estrategias de corte. Los
parámetros de corte, velocidad de corte y profundidad de pasada, impuestos en los dos
procesos también serán idénticos.
Referencias
[1] S.K. Choudhury, K.S. Mangrulkar. Investigation of orthogonal turn-milling for the
machining of rotationally symmetrical work pieces, J. Mat. Proc. Tech. 99 (2000)
120–128.
160 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio del proceso electroless para el metalizado
de modelos plásticos usados en electroconformado
N.DÍAZ, A.N. BENÍTEZ, M.D. MARRERO, M.D. MONZÓN, P.M. HERNÁNDEZ
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
ndiaz@lfi.gi.ulpgc.es
El grupo de Procesos de Fabricación de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
lleva años trabajando en el proceso de electroconformado para su uso en la fabricación
de insertos de moldes preserie de inyección y rotomoldeo mediante electroconformado
con níquel y la obtención de electrodos para electroerosión mediante el empleo de
electroconformado con cobre. Una de las principales características del
electroconformado es la capacidad de reproducir detalles a nivel de micras que por otras
técnicas de fabricación no es posible obtener. En este grupo de investigación se emplean
modelos obtenidos por diferentes técnicas de Prototipado Rápido en plástico, y por tanto
deben ser metalizados previamente mediante un proceso que asegure la continuidad
eléctrica en aquellas partes de la superficie del modelo que interesa que sean
conductoras. Por tanto, se ha planteado la búsqueda de un proceso de metalizado que
minimice las variaciones dimensionales que supone la aplicación de un recubrimiento al
modelo plástico, de forma que este proceso previo al electroconformado no introduzca
variaciones dimensionales, desaprovechando así la mayor cualidad del
electroconformado. Además, se busca que este proceso asegure la conductividad
eléctrica de la pieza, y que a su vez sea selectivo con las superficies del modelo que
deben ser metalizadas y las que deben ser aisladas. En este estudio se presentan los
resultados obtenidos de los ensayos desarrollados mediante el proceso de electroless, que
consiste en la deposición química natural de un metal sobre una superficie previamente
activada, pero no necesariamente conductora de la electricidad. El estudio se ha centrado
en el empleo de prototipos obtenidos por Fused Deposited Modeling (FDM™-Stratasys)
en ABS. Se han estudiado las diferentes opciones posibles de deposición por electroless,
se ha determinado la etapa crítica del proceso y se han optimizado las composiciones de
las diferentes soluciones. Finalmente se ha analizado la precisión dimensional tras el
proceso de electroless, la adhesión del modelo y la cáscara electroconformada, así como
las posibles variables para conseguir la selectividad del proceso.
Referencias
[1] M.D. Marrero Alemán. Estudio del proceso de electroconformado para la
fabricación de moldes rápidos (RT). Caracterización mecánica de los insertos de
níquel para su aplicación a la inyección de termoplásticos.
[2] A. N. Benítez Vega. Definición del proceso y estudio del comportamiento de los
electrodos para EDM fabricados mediante técnicas de prototipado rápido (RP) y
procedimientos de electroconformado.
[3] P.M. Hernández Castellano. Simulación y ensayo de moldes rápidos utilizando
técnicas de prototipado rápido y electroconformado. Aplicación a la inyección de
termoplásticos.
Otros procesos de fabricación 161 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis del proceso de Electro Discharge Milling
Inverso para la fabricación de microejes
R. GIL, J.A. SÁNCHEZ, N. ORTEGA, S. PLAZA, B. IZQUIERDO, I. POMBO, J.A. HERRERO
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco.
ruben.gil@ehu.es
La fabricación de microcomponentes de geometría axial de revolución ha asistido a un
importante crecimiento en los últimos años. Entre los productos más utilizados se
encuentran las microfresas, los ejes para microengranajes, componentes de
microturbinas de aire y bombas, válvulas y ejes para sistemas médicos de micro fluidos,
contactos para aplicaciones de microensamblaje, microejectores para moldes de
inyección, agujas para medicina, etc. Los diámetros de estos componentes se encuentran
entre 10 mm y 1mm. Debido a las exigencias mecánicas, muchos de estos componentes
deben fabricarse en materiales de elevada resistencia y dureza, lo que limita el rango de
procesos de fabricación disponibles. El proceso de electroerosión ofrece una alternativa a
los procesos de mecanizado tradicionales, puesto que el arranque no depende de las
propiedades mecánicas del material de pieza. En este trabajo se presenta una alternativa
a la fabricación de microejes de elevada relación de aspecto basada en el proceso de
Electrical Discharge Milling. Se analizan los límites del proceso en función de la carga
térmica sobre el componente y se estudia la influencia de los parámetros del proceso
sobre la precisión, la textura superficial y las alteraciones metalúrgicas en el
componente.
Referencias
[1] E. Uhlmann, S. Piltz, D. Oberschmidt. Machining of micro rotational parts by wire
electrical discharge grinding. Prod. Eng. Res. Devel. 2 (2008):227–233.
162 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Taladrado por fricción de tubos de acero inoxidable
A. FERNÁNDEZ, L.N. LOPEZ DE LACALLE, J. LOSADA, E. MUÑOZ
Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad del País Vasco
e-mail: implomal@bi.ehu.es
El taladrado por fricción es un método no convencional para la generación de agujeros
en tubos, chapas y piezas de poco espesor. Una de las características de este proceso es
que la herramienta rotativa empleada carece de filos de corte, estando su geometría
compuesta por dos secciones distintas: una superficie cónica y otra cilíndrica. El proceso
emplea el calor generado por la fricción entre la parte cónica de la herramienta y la
pieza, lo que provoca un ablandamiento del material permitiendo penetrar en él y
generando a su vez una rebaba en la salida del agujero. La parte cilíndrica es la
encargada de definir el diámetro final del agujero. De esta manera, las ventajas que
ofrece este proceso frente a un taladrado convencional son: (1) no se requiere
refrigeración líquida, (2) se genera de una rebaba que puede ser roscada, de manera que
no es necesaria la soldadura de tuercas, (3) no se genera viruta en el proceso, y por
último, (4) se incrementa la vida de la herramienta al carecer de filos de corte.
En este trabajo se expone un estudio experimental del proceso de taladrado por fricción
en tubos de acero inoxidable. Se realiza una evaluación de las condiciones óptimas de
mecanizado en función del material y el espesor empleado, variando las velocidades de
giro y los avances de penetración. Al mismo tiempo se monitorizará el par y la fuerza
axial resultante, analizando además, el diámetro del agujero y el espesor de la rebaba en
distintas profundidades, es decir, las tolerancias dimensionales generadas por el proceso.
Otro punto de interés es la medición de la temperatura alcanzada durante el proceso
como consecuencia de la fricción, ya que la cantidad de calor absorbido por la pieza
influye en las transformaciones microestructurales que el material experimenta. Esta
afectación térmica puede transformar las propiedades mecánicas del material en las
cercanías del agujero y en la rebaba.
Referencias
[1] Miller, S. F., Li, R., Wang, H., and Shih, A. J., 2006, Experimental and Numerical
Analysis of the Friction Drilling Process, ASME J. Manuf. Sci. Eng., 128, pp. 802–
810.
Otros procesos de fabricación 163 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Fusión de sensores en la monitorización on-line del
acabado superficial en mecanizado automatizado
E. GARCÍA, P.J. NÚÑEZ, A.R MARTÍN, E.BEHAMUD, C. DE LA CRUZ
Dpto. de Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales.
Universidad de Castilla-La Mancha.
{Eustaquio.Garcia,Pedro.Nunez}@uclm.es
La necesidad de fabricar productos con más calidad y tiempos de producción mínimos
requiere la incorporación de nuevas técnicas on-line de control de calidad. La
monitorización de procesos de mecanizado, basada en la captación de señales on-line a
través de sensores [1] capaces de identificar el comportamiento de la máquinaherramienta, el proceso de corte y el producto, se presenta como una tecnología
adecuada para el control de calidad en proceso. Las señales de fuerzas de corte y
vibración mecánica, adquiridas a través de dinamómetros y acelerómetros,
respectivamente, han sido ampliamente utilizadas en la monitorización de distintos
aspectos de los procesos de corte en operaciones de mecanizado automatizado. En el
presente trabajo se analiza la aportación de este tipo de señales on-line en la
monitorización y el diagnóstico del acabado superficial [2] (Ra, rugosidad aritmética
media) en tiempo real aplicado a procesos de torneado cilíndrico automatizado. Los
sistemas desarrollados están basados en modelos predictivos obtenidos por técnicas de
regresión, que trabajan con las componentes ortogonales de las fuerzas corte (Fx, Fy, Fz)
y vibración mecánica (ax, ay, az), fusionando [3] en un mismo sistema dos tipos de
sensores: un dinamómetro triaxial Kistler 9121 y un acelerómetro triaxial kistler
8763A500. Los sistemas de monitorización se han desarrollado en Labview, permitiendo
la monitorización y diagnóstico on-line del acabado superficial (Ra) a través del registro,
visualización y caracterización de las señales capturadas, en el dominio del tiempo y de
la frecuencia, integrando los modelos matemáticos de predicción en el mismo sistema.
La selección de los parámetros de caracterización efectivos de las señales se ha realizado
mediante análisis ANOVA, introduciendo en cada modelo los parámetros significativos
sobre la variable Ra. La validación de los modelos predictivos y los sistemas de
monitorización se ha establecido a través de la estimación del error relativo medio de
predicción (ēr) de los datos experimentales obtenidos en ensayos de mecanizado. Los
resultados obtenidos muestran la aportación prácticamente nula de las señales de
vibración mecánica (acelerómetro) frente las señales de fuerzas de corte (dinamómetro)
en el diagnóstico on-line del acabado superficial (Ra).
Referencias
[1] D. Shi, N.N. Gindy, Development of an online machining process monitoring
system: Application in hard turning, Sensors and Actuators A 135 (2007) 405-414.
[2] M.C. Cakir, C. Ensarioglu, I. Demirayak, Mathematical modeling of surface
roughness for evaluating the effects of cutting parameters and coating material,
Journal of Materials Processing Technology 209 (2009) 102–109.
[3] C. Aliustaoglu, H.M. Ertunc, H. Ocak. Tool wear condition monitoring using a
sensor fusión mode based on fuzzy inference systeml, Mechanical Systems and
Signal Processing 23(2009)539–546.
164 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Modelización numérica del problema térmico en
micro-WEDM
A. HERRERO, E. ARANZABE, I. CASCÓN
Dep. Mecatrónica e Inginería de Precisión. Fundación Tekniker
aherrero@tekniker.es
J.A. SÁNCHEZ, B. IZQUIERDO, N. ORTEGA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao
La microelectroerosión por hilo (-Wire Electrical Discharge Machining), también
conocida como electroerosión por hilos finos (Thin Wire EDM) es una de las técnicas de
fabricación de que mayor desarrollo ha alcanzado en los últimos años para componentes
de dimensiones micro y mesoscópicas [1]. Frente a otros procesos como el microfresado,
la utilización de hilos de diámetro inferior a Ø50m elimina la presencia de fuerzas
debidas al contacto mecánico, permitiendo mecanizar componentes de muy elevada
relación de aspecto con altos niveles de precisión y acabado alcanzables mediante
técnicas de fabricación de ultraprecisión. Sin embargo, especialmente en materiales de
alta conductividad térmica, las deformaciones de origen térmico relacionadas con la
aplicación de la fuente de calor que caracteriza al proceso pueden afectar negativamente
a la precisión de los componentes. En este trabajo se propone un método numérico para
la modelización de la fuente térmica y la simulación del proceso de arranque, como base
para la predicción teórica de posibles pérdidas de precisión en los componentes
mecanizados.
Referencias
[1] M. Kunieda, B. Lauwers, K.P. Rajurkar and B.M. Schumacher. Advancing EDM
through Fundamental Insight into the Process, CIRP Annals - Manufacturing
Technology Vol. 54, Issue 2, (2005), 64-87
Otros procesos de fabricación 165 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Desarrollo de electrodos EDM a partir de
fabricación aditiva y electroconformado
A.N. BENÍTEZ, F. ORTEGA, M.D. MONZÓN, P.M. HERNÁNDEZ, M.D. MARRERO
Dpto. de Ingeniería Mecánica/Ingeniería de procesos. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
abenitez@dip.ulpgc.es
C. CARRIÓN
Asociación de investigación Industria del Juguete (AIJU)
Las tecnologías de fabricación aditiva, incluidas dentro de las denominadas tecnologías
de fabricación rápida (Rapid Manufacturing) tienen hoy en día aplicación no solo para
desarrollar prototipos formales y funcionales sino también incluso piezas de uso final.
En el marco de este proyecto de investigación se han desarrollado procedimientos que
parten de un prototipo, realizado por adición de capas, para fabricar electrodos de cobre
EDM (para electroerosión por penetración) elaborados mediante electroconformado
(electroforming). Para ello se han tenido en cuenta una serie de elementos como son: 1.
Calidad superficial y precisión del prototipo inicial (se ha seleccionado la tecnología de
Object), 2. Selección de diferentes procedimientos para mejorar el acabado superficial
del prototipo y para la metalización del mismo, 3. Implementación del proceso de
electroconformado seleccionando y ensayo de los parámetros óptimos de deposición
electrolítica, 4. Fabricación y caracterización de probetas electroconformadas de cobre
(tensiones internas, dureza, conductividad, estructura metalográfica), 5. Diseño de
nuevos útiles normalizados que sirvan como portaelectrodos electroconformados, 6.
Fabricación y pruebas de electrodo tipo comprobando comportamiento en electroerosión
bajos diferentes valores de VDI, 7. Fabricación de casos prácticos y mecanizado
mediante electroerosión de una cavidad como inserto de un molde, comprobando
mediante escáner la desviación dimensional desde el modelo CAD hasta el electrodo
final.
Los resultados muestran un excelente comportamiento de los electrodos desarrollados
tanto a nivel del uso como herramienta de fabricación como en su precisión
dimensional, donde el electroconformado reproduce con elevada exactitud la geometría
del prototipo de partida, de tal manera que es el prototipo inicial quien condiciona la
precisión final del electrodo. Por otro lado la propuesta de estandarización del
portaelectrodo ha permitido que una cáscara electroconformada pueda ser sustituida por
otra en cuestión de segundos. La estructura de grano fino obtenida para el cobre
depositado lo hace muy competitivo frente a los cobres electrolíticos de uso
convencional para este tipo de útiles de electroerosión.
Referencias
[1] A.E.W. Rennie et al. Electroforming of rapid prototyping mandrels for electrodischarge machining electrodes, Journal of Materials Processing Technology 110
(2001) 186-196.
166 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio del proceso de bruñido con bola para la
mejora de acabado superficial en superficies
convexas
J.A. TRAVIESO, H.A.GONZÁLEZ, A. DOMÍNGUEZ
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universitat Politécnica de Catalunya
antonio.travieso@upc.es
El proceso de Bruñido con bola se realiza con la intención de mejorar el acabado
superficial de piezas que han sido previamente mecanizadas. En este trabajo se presentan
los resultados de las pruebas realizadas con dicho proceso aplicado a piezas con una
superficie convexa de dos materiales diferentes: El Aluminio 92017 y el Acero AISI
1038. Este proceso es de fácil aplicación puesto que en la propia máquina dónde ha sido
elaborada la pieza, a través de la utilización de una herramienta más y sin necesidad de
desmontar la pieza, se realiza la operación de bruñido. Se ha diseñado un experimento
para ejecutar las pruebas realizadas y se presentan los resultados de las mediciones de las
rugosidades superficiales en las mismas. Se comparan estos resultados con los medidos
en las probetas antes de ser bruñidas, y se llegan a la conclusión de que el proceso de
bruñido es adecuado para mejorar la calidad superficial de las piezas con superficies
convexas. Además se demuestra que los valores de rugosidad superficial obtenidos son
afectados básicamente por el radio de curvatura de la superficie a elaborar y por la
estrategia utilizada en el bruñido de la misma. También en el caso del aluminio aparece
la influencia notable de la velocidad de avance utilizada en esta operación, cosa que no
influye tanto en el caso del Acero.
Referencias
[1] N.S.M. El-Tayeb et al. Influence of roller burnishing contact width and burnishing
orientation on surface quality and tribological behaviour of Aluminium 6061.
Journal of Materials Processing Technology 186, 272-278, (2007).
[2] A. Celaya, N. López de la Calle et al. Modelo de elementos finitos del bruñido con
bola. 9º Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica. Las Palmas de Gran
Canarias. (2009).
Otros procesos de fabricación 167 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis experimental de la deformación postmoldeo
por variación térmica
J. CASTANY, I. LAPETRA, F.J. AZNAR
Dpto. Ingeniería Mecánica (TIIP). Universidad de Zaragoza
jcastany@unizar.es
La deformación postmoldeo de las piezas de plástico debidas a la variación térmica que
sufre la pieza fuera del molde es uno de los fenómenos más determinantes y críticos en
el aspecto y forma final de la pieza. En este análisis se ha sometido a las piezas a un
proceso de análisis en el que se obtendrán mediciones dimensionales de la pieza a lo
largo del tiempo de enfriamiento de la pieza fuera del molde mediante un scanner laser
de campo amplio y la evolución temporal de la temperatura de la pieza mediante una
cámara termográfica de infrarrojos.
Este análisis experimental con el que se obtienen de forma simultánea las dimensiones y
forma de la pieza y la temperatura a lo largo del tiempo de enfriamiento fuera del molde
es un procedimiento no utilizado hasta la fecha que permite entender la relación que
existe entre la deformación y la variación térmica de la pieza.
168 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Desarrollo de software de simulación para la
optimización de la fabricación de colectores de
motores eléctricos por moldeo por compresión en
materiales termoduros
J. FUENTELSAZ, J. GRACIA
Dpto. Ing. Mecánica. Universidad de Zaragoza
jesus.fuentelsaz@unizar.es
Los colectores de los motores eléctricos son productos que requieren altas prestaciones
mecánicas a altas temperaturas, con gran aislamiento eléctrico y estabilidad dimensional.
Los materiales utilizados en la fabricación de los mismos para proporcionar dichas
propiedades son los materiales termoduros o termoestables cargados con fibra de vidrio.
Las propiedades de dicho materiales son función del proceso de transformación, moldeo
por compresión, y temperado que se hayan utilizado en la fabricación de dicho colector.
Uno de los parámetros importantes es el grado de curado que presenta el material al
finalizar el proceso de moldeo, siendo dicho grado de curado función de los parámetros
de moldeo como temperatura de calentamiento de la pastilla, temperatura de molde,
tiempo de ciclo hasta la obtención del producto, etc.
Como todo proceso de fabricación es un ejercicio técnico económico donde se pretende
obtener la mejor relación calidad precio del componente a fabricar, en el presente trabajo
se desarrolla un software específico para la simulación del moldeo por compresión de
termoduros en la fabricación de colectores, que permitirá determinar los parámetros de
transformación necesarios para obtener un curado mínimo en el material, que garantice
unas propiedades del componente deseables en el funcionamiento del motor eléctrico
con un tiempo de fabricación mínimo. Será una herramienta teórica que permitirá validar
diferentes geometrías y materiales termoduros utilizados en dicha aplicación,
optimizando los mismos.
La validación de dicho software se realizará por medio de un molde monitorizado que
permitirá obtener probetas con diferentes condiciones de transformación. Dichas
probetas serán analizadas y se obtendrán los grados mínimos de curado que permitirán
realizar dicha comparación teórico experimental y determinar el grado del error del
software desarrollado.
Otros procesos de fabricación 169 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Pérdidas eléctricas asociadas a procesos de
interconexión con láser en dispositivos de lámina
delgada
J.J GARCÍA-BALLESTEROS, S. LAUZURICA, C. MOLPECERES, J.L OCAÑA
Centro Láser Universidad Politécnica de Madrid
Juanjo.garcia-ballesteros.ramirez@upm.es
I. TORRES, J. GANDÍA
Energía Solar Fotovoltaica, CIEMAT
En este trabajo se presenta un modelo para evaluar las perdidas eléctricas inducidas en la
fabricación de dispositivos optoelectrónicos. Debido al gran avance surgido en los
procesos de micro-nano fabricación, es necesario precisar de sistemas versátiles para el
tratamiento de una gran variedad de materiales, convirtiendo la tecnología láser en una
herramienta fundamental para el desarrollo de dispositivos fotónicos, optoelectrónicos y
MEMS, los cuales requieren de cierta selectividad y precisión en la fabricación, así
como de altas velocidades de proceso para su implementación en la industria. Mediante
el empleo de diferentes sistemas láser se ha evaluado la influencia en la interconexión y
aislamiento de células fotovoltaicas de lámina delgada de silicio amorfo hidrogenado en
configuración de superestrato. Técnicas ópticas de caracterización como microscopía
confocal, medidas eléctricas JV en oscuridad e iluminación y otras técnicas
microscópicas como SEM (Scanning electron microscope), microscopía de fuerza
atómica AFM (Atomic force microscope) y espectroscopia EDX (Energy Dispersive XRay spectroscopy) han sido incorporadas para una mejor evaluación de la calidad de los
procesos y por tanto, de los dispositivos fabricados.
Este estudio permitió detectar problemas de diseño para la mejora e implementación en
la fabricación de dispositivos basados en tecnología de lámina delgada.
Referencias
[1] C. Molpeceres et al. Characterization of UV laser ablation for microporcessing of
a-Si:H thin films. Proceedings Vol. 6197. Photonics for Solar Energy Systems. DOI
10.117/12.663143. ©SPIE
[2] Martin A. Green et al. Solar cell efficiency tables. Progress in Photovoltaics.
Research and Applications. Volume 15 Issue 5, Pages 425-430. Doi
10.1102/pip.781. 2010 © John Wiley & Sons
170 Otros procesos de fabricación Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Clasificación de manipuladores 3R en funcion del
espacio de trabajo
M. CECCARELLI
Dpto. DiMSAT. Universidad de Cassino, Italia
Ceccarelli@unicas.it
El espacio de trabajo, definida come la región del espacio que puede ser alcanzada por
un punto de referencia del elemento terminal de un manipulador, es una característica
funcional de los manipuladores para diseño y aplicación en tareas de manipulación. Los
manipuladores 3R con tres pares de revolución son estructuras fundamentales en
sistemas automáticos así como en brazo robóticos. En este trabajo se presentan
resultados de análisis del espacio de trabajo de manipuladores 3R con el fin de
caracterizar las posibilidades de esa estructura a través de una nueva clasificación. Se
aborda el tema de la generación del espacio de trabajo para utilizar una formulación
previamente desarrollada, [1, 2], en una evaluación numérica y topológica de los
manipuladores 3R. Las variedades de soluciones obtenibles se han estudiado en forma
numérica, [2], intentando también de deducir consideraciones para guiar a criterios y
soluciones de diseño. Se han examinadas las topologías tal como en las figuras en este
resumen, para caracterizar el espacio de trabajo en función de las características de los
puntos de la envoltura del vacío interno y de la forma de la envoltura externa en la
sección radial del espacio de trabajo. Como resultado del análisis se propone de
clasificar los manipuladores 3R como:
-
cuspidal, cuando el espacio de trabajo presente cúspides en la envoltura externa de
la sección radial, del orden relativo al número de cúspide existentes.
Rodondeado, cuando el espacio de trabajo presente curvaturas continuas en la
envoltura externa de la sección radial, del orden relativo al numero de curvas.
Con alanzabilidad múltipla, cuando en el espacio de trabajo hay área para cuatro
soluciones en problema cinemática inverso.
Con alanzabilidad elbow up&down, cuando en el espacio de trabajo hay área para
dos soluciones en problema cinemática inverso.
Referencias
[1] Ceccarelli M., "A Formulation for the Workspace Boundary of General N-Revolute
Manipulators", Mechanism and Machine Theory, Vol.31, 1996, pp.637-646.
[2] Hao G., Ceccarelli M., On link effects of Ring Workspace of Three-Revolute
Manipulators, 10th IFToMM Int. Symposium on Science of Mechanisms and
Machines SYROM’09, Brasov, 12-15-Oct 2009, Springer, Dordrecht, pp.285-298.
Robótica 171 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Un procedimiento para la obtención de espacios de
trabajo basados en criterios estructurales
CH. PINTO, J. CORRAL, A. HERNÁNDEZ
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco (UPV/EHU)
{charles.pinto,j.corral,a.hernandez@ehu.es}
M. CECCARELLI
Laboratory of Robotics and Mechatronics. University of Cassino. Italy
ceccarelli@unicas.it
En este trabajo se presentan los resultados del comportamiento estructural estático y
dinámico de manipuladores de cinemática paralela. Éstos se obtienen en base a modelos
analíticos, numéricos y experimentales. La representación gráfica, a través de mapas
tridimensionales, permite una visualización práctica para el usuario final. Así se definen
tres tipos de espacios de trabajo: el espacio de trabajo operacional (Wop) que se obtiene
en base a criterios cinemáticos en el que no existen singularidades [1], el espacio de
trabajo estático (WK) que se obtiene en base al cálculo de la rigidez estática en el espacio
de trabajo operacional [2-3], y por último, el espacio de trabajo dinámico (WD) que se
basa en el cálculo de las frecuencias naturales del sistema en el espacio de trabajo
operacional. Una vez determinados los tres espacios de trabajo anteriores, se construye el
espacio de trabajo estructural operacional (WS) aplicando unas restricciones estáticas y
dinámicas, tal que: WS=WopWKWD. Para ilustrar el procedimiento presentado, se
utiliza el manipulador de cinemática paralela de desarrollo propio, DAEDALUS, de
cuatro grados de libertad y movimiento Shönflies. En la figura se muestran los espacios
de trabajo para unas restricciones de rigidez (a) k[kmin,kmax] y un umbral de frecuencias
naturales (b) ffmax en un plano horizontal x-y del espacio de trabajo operacional del
manipulador.
a)WK
b)WD
c)WS
Referencias
[1] J-P. Merlet. Parallel Robots. Ed. Springer. 2nd Ed., (2006)..
[2] Ch. Pinto; J. Corral; O. Altuzarra. and A. Hernández. A methodology for static
stiffness mapping in lower mobility parallel manipulators with decoupled motions.
Robotica (2010). DOI: 10.1017/S0263574709990403.
[3] M. Ceccarelli and G. Carbone. Numerical and experimental analysis of the stiffness
performances of parallel manipulators. Second International Colloquium
Collaborative Research Centre, Braunschweig, Germany (2005), 21– 35.
172 Robótica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de las condiciones de pérdida de contacto
en uniones con holgura en manipuladores paralelos
J. AGINAGA, I. ZABALZA
Dpto. de Ing. Mecánica, Energética y de Materiales. Universidad Pública deNavarra
jokin.aginaga@unavarra.es
O. ALTUZARRA, CH. PINTO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco
En las últimas décadas, se han realizado importantes estudios de robots paralelos debido
a sus ventajas respecto a los robots tipo serie. Entre ellas, cabe destacar su mejor relación
entre masa transportada y masa del robot, su mayor rigidez y su mayor precisión en el
posicionamiento. En lo que a esta última se refiere, la holgura de las uniones es una de
las principales fuentes de error. Numerosos autores han desarrollado procedimientos de
cálculo del error debido a las holguras. Como se muestra en varios de ellos [1,2], más
allá de producir error en el posicionamiento se dan condiciones en las que se pierde el
contacto entre los dos componentes de la unión. En estas circunstancias, existe una gran
incertidumbre en la posición puesto que no es posible calcular el error debido a las
holguras. La pérdida de contacto conlleva, además, un posterior impacto entre dichos
componentes, siendo fuente de ruido y vibraciones. En el presente trabajo se analiza una
trayectoria de pick-and-place del mecanismo plano 5R con holguras. Se ha desarrollado
un procedimiento de cálculo del error en el posicionamiento que puede ser aplicado en la
fase de diseño. A partir de él se analizan las condiciones en las que se produce la pérdida
de contacto. Estas condiciones son la posición del mecanismo, las cargas exteriores
aplicadas y, en función de la aplicación, las cargas inerciales. La pérdida de contacto
produce discontinuidades en el error de posición tal como se muestra en la figura. Para
evitar estas discontinuidades, se analiza la influencia de las cargas inerciales en las
pérdidas de contacto en las uniones. Así, es posible realizar un ciclo con un periodo
mínimo que garantice que dicha pérdida de contacto no se produce. Posteriormente, es
posible ajustar parámetros de masa y longitud de los eslabones para reducir dicho
periodo mínimo.
Referencias
[1] M-J. Tsai, T-H. Lai. Kinematic sensitivity analysis of linkage with joint clearance
based on transmission quality, Mechanism and Machine Th., 39 (2004), 1189-1206.
[2] A.-H. Chebbi et al. Prediction of the pose errors produced by joints clearance for a
3-UPU parallel robot, Mechanism and Machine Th., 44 (2009), 1768-1783.
Robótica 173 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de indicadores cinemáticos para el diseño
de manipuladores paralelos
O. ALTUZARRA, B. SANDRU, E. MACHO, E. AMEZUA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco UPV/EHU
oscar.altuzarra@ehu.es
En el diseño de manipuladores el ingeniero se enfrenta primero a la elección del
mecanismo que potencialmente tenga las mejores características de movimiento para una
determinada aplicación, y luego al dimensionamiento del mismo para sacar mejor
partido a esas potencialidades. Para ello es preciso contar con indicadores de las
diferentes propiedades cinemáticas y dinámicas que puedan dar un valor objetivo y
representativo, y sirvan de elemento comparador entre diseños. El investigador se
encuentra con indicadores cinemáticos en la literatura desde el concepto de ángulo de
transmisión y ventaja mecánica en mecanismos de un grado de libertad, pasando por la
manipulabilidad de robots serie calculada en base a una norma de la matriz Jacobiana,
hasta el número de condicionamiento de los Jacobianos del problema cinemático [1]. De
la misma forma existen diversos trabajos sobre indicadores dinámicos basados en
normas de la matriz de inercia u otras matrices similares [2].
Sin embargo, desde la matriz a la cual aplicar los conceptos anteriores hasta incluso la
norma matemática aplicable a estas matrices es cuestionada de tiempo en tiempo. Todo
esto ha hecho que la validez de estos indicadores en el diseño de mecanismos sea un
tema recurrente de discusión entre los investigadores. En este trabajo se exponen los
distintos conceptos de indicadores cinemáticos y dinámicos usados hasta el momento, las
diversas alternativas de cálculo, y las características, virtudes o defectos atribuidas a los
mismos. Para ello se emplearán ejemplos como el de la figura:
El objetivo es clarificar qué indicadores son los más adecuados para su empleo como
función objetivo en el dimensionamiento óptimo de manipuladores paralelos.
Referencias
[1] J. P. Merlet. Jacobian, Manipulability, Condition Number, and Accuracy of Parallel
Robots, J. Mech. Des., 128 (2006), 199-206.
[2] K.L. Doty et al. Robot Manipulability, IEEE Trans. On Robotics and Autom. 11
(1995), 462-468.
174 Robótica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio de la estabilidad lateral del robot
cuadrúpedo LEBREL
I. GONZÁLEZ, A. GONZÁLEZ
Dpto. de Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos. Universidad de Castilla-La Mancha
Antonio.Gonzalez@uclm.es
A.G. GONZÁLEZ
Dpto. de Ingeniería Electrónica y Automática. Universidad de Jaén
El objetivo de este trabajo es el estudio dinámico del caminar del robot cuadrúpedo
LEBREL [1] en un terreno libre de obstáculos. Este robot, construido en la E. T. S. de
Ingenieros Industriales de Ciudad Real, se muestra en la figura. El estudio se realizará
en programas de análisis dinámico, paso previo necesario para la implementación de
estas actuaciones en el robot real. Para mantener la estabilidad del robot se utilizará el
criterio del Zero Moment Point, este criterio es el utilizado para procurar la estabilidad
de los más exitosos robots móviles con patas, como por ejemplo el famoso ASIMO. Para
el diseño de una manera estable de caminar se seguirán los siguientes pasos:

En primer lugar se elegirá el orden con el que el robot moverá las patas, donde
se tendrá en cuenta que posteriormente se pueda dotar a la pata de un
movimiento lateral de modo que cumpla el principio del ZMP.

Una vez elegido el orden con el que el robot moverá las patas se construirá un
modelo para el programa de análisis dinámico, donde se realizarán las
simulaciones. En este modelo se prestará especial atención a los parámetros de
rigidez y amortiguamiento del contacto entre cada pata del robot y el suelo.

Se definirían las funciones de velocidad que regirán el movimiento de los
grados de libertad de cada pata y como consecuencia el movimiento del robot a
lo largo de una superficie plana y libre de obstáculos.
Referencias
[1] A. González Rodríguez, A.G. González Rodríguez, A. Nieto, R. Morales. Design
and simulation of an easy operating leg for walking robots, IEEE 2009 International
Conference on Mechatronics, Málaga (España) 2009
Robótica 175 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Control de inclinación basado en un regulador PI de
un sistema reconfigurable capaz de subir escaleras
J. CHOCOTECO, R. MORALES, V. FELIÚ, A. GONZÁLEZ
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática. E.T.S. de Ingenieros Industriales. U.C.L.M.
Campus universitario s/n, 13071 Ciudad Real y 02071 Albacete, España
Joseabel_chocoteco@hotmail.com
Aunque en los últimos años se han promulgado leyes que obligan a que los nuevos
edificios no presenten problemas de accesibilidad, las ciudades actuales siguen repletas
de obstáculos que impiden el libre tránsito de un usuario de sillas de ruedas. El
dispositivo presentado en este artículo es una continuación de trabajos previos
presentados en [1 y 2]. Se trata de un sistema reconfigurable, caracterizado con
importantes propiedades que le permiten una propicia adaptación cuando enfrenta
barreras arquitectónicas tales como: (a) perfiles discontinuos; obstáculos con pendiente
vertical, (b) perfiles continuos suaves y (c) escaleras. El prototipo fue diseñado como un
robot paralelo; caracterizados por su alta precisión de posicionamiento y orientación. En
la figura de la izquierda se muestra el dispositivo al que se hace referencia.
Este artículo se centra en el diseño de un esquema de control proporcional integral (PI)
clásico basado en el modelo linealizado del sistema. El objetivo es estabilizar y lograr un
adecuado comportamiento dinámico del sistema, y por consecuencia brindar un elevado
nivel de confort y seguridad al usuario. La cinemática inversa del modelo fue necesaria
para el diseño del esquema de control y para determinar las trayectorias de referencia en
tiempo real de las articulaciones del dispositivo.
Se ha realizado una simulación en un perfil formado por un terreno continuo suave y por
un escalón y se ha hecho uso de un control en cadena cerrada realimentando la señal de
un sensor de inclinación y las señales de los motores de cada uno de los grados de
libertad actuados del sistema. La figura de la derecha muestra la trayectoria de la
inclinación del centro de gravedad del dispositivo γ, la cual es mantenida muy cerca del
cero durante la simulación. Se ha logrado un excelente nivel de confort y seguridad para
el usuario.
Referencias
[1] R. Morales, V. Feliu, A. Gonzalez, P. Pintado, Kinematic model of a new staircase
climbing wheelchair and its experimental validation, The International Journal on
Robotics Research 25 (9) (2006) 825-841.
[2] R. Morales, A. Gonzalez, V. Feliu, P. Pintado, Environment adaptation of a new
Staircase climbing wheelchair. Autonomous Robots 23 (2007) 275292.
176 Robótica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Influencia del par de orden superior pie-suelo en la
cinemática y dinámica del bípedo “PASIBOT”
J. MENESES, E. CORRAL, H. RUBIO, J.C. GARCÍA-PRADA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Grupo MaqLab. Universidad Carlos III de Madrid
meneses@ing.uc3m.es
En trabajos anteriores se presentó el bípedo “PASIBOT” y un primer estudio de su
cinemática y dinámica [1], así como la posible estrategia de paso [2]. En estas primeras
aproximaciones no se contemplaba la condición de deslizamiento entre el (los) pie(s) y
el suelo, ni se analizaba con detalle la fase de doble apoyo. A partir del análisis
cinemático del mecanismo -basado en la unión de un mecanismo de Chevishev, un
pantógrafo y un mecanismo estabilizador- se obtiene, en primer lugar, que la fase de
doble apoyo representa una parte importante respecto a la de apoyo simple (aquella
supone alrededor de 1/4 del tiempo de un paso completo); y en segundo lugar, que en
dicha fase de apoyo doble, existe un movimiento relativo longitudinal entre ambos pies.
Este movimiento relativo supone necesariamente un deslizamiento entre uno de los pies
(o ambos) y el suelo.
En este trabajo, se estudia el deslizamiento pie-suelo, tanto en fase de apoyo simple
como en fase de apoyo doble, perfeccionando así el análisis cinemático y dinámico del
Pasibot establecido en [1] y [2]. Si no se contempla el deslizamiento entre el pie y el
suelo durante la fase de apoyo simple, el bípedo puede considerarse un mecanismo
desmodrómico: el estado de movimiento angular de la manivela motor determina la
cinemática del resto de eslabones. Esto permite de manera relativamente sencilla, a partir
de una cinemática preestablecida, calcular el par del motor y otros parámetros cinetodinámicos de los elementos del bípedo en cada instante, a lo largo de la fase de apoyo
simple. En los trabajos previos citados ya se mostraron algunos resultados. Si se
contempla el deslizamiento longitudinal entre el pie y el suelo, el mecanismo pasa a
tener un grado de libertad más, condicionado por el tipo de rozamiento (estático o
dinámico) que impere en el instante considerado. En este trabajo se propone un modelo
dinámico de Pasibot que tiene en cuenta estos deslizamientos, y se mostrarán resultados
obtenidos del mismo. Para ello, se implementará el modelo en un programa de cálculo
más complicado que el utilizado en [1], pues no parte de una cinemática preestablecida,
sino que ésta va generándose en cada instante de cálculo.
Referencias
[1] J. Meneses, H. Rubio, C. Castejón, E. Ottaviano, M. Ceccarelli, J.C. García-Prada.
Modelo cinemático del robot bípedo “PASIBOT”, IX Congreso Iberoamericano de
Ingeniería Mecánica 2009.
[2] H. Rubio, J. Meneses, C. Castejón, A. Jardón, A. Giménez, J.C. García-Prada.
Mechanical design of walking robot “PASIBOT”. Parametric model and gait
analysis. 12th International Conference on Climbing and Walking Robots
(CLAWAR). Istambul, Turkey Sept. 2009.
Robótica 177 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Sistema de estabilización del robot Pasibot
M.E. ESCOBAR, H. RUBIO, J.C. GARCÍA-PRADA
Dpto .Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid
mescobar@ing.uc3m.es
M. CECCARELLI
LARM: Laboratory of robotics and mechatronic, D.i.M.S.A.T. Universidad de Cassino
El robot bípedo Pasibot [1], cuyo esquema puede verse en la figura, es un sistema
mecánico de un grado de libertad, capaz de emular el movimiento del paso humano,
basándose en la combinación y adaptación de varios mecanismos clásicos: Chebyshev,
pantógrafo y el sistema estabilizador. Un solo motor acciona las dos manivelas del
mecanismo de Chebyshev, desfasadas 180º, generando trayectoria cerrada con un tramo
casi recto (punto B). El punto B está vinculado al mecanismo de tipo pantógrafo que
origina una trayectoria invertida y amplificada de la trayectoria inicial (punto A) y al
sistema estabilizador, que asegura cierta orientación del pie.
Motor
Eslabón
Estabilizador
Chebyshev
Pantógrafo
Sistema de
Estabilización
Con este sistema de estabilización primero [2], el pie no se encontraba completamente
paralelo al suelo, lo cual ocasiona que el centro de masas del bípedo oscile originando la
consecuente pérdida de estabilidad. En el presente trabajo se plantea un estudio de la
estabilidad, en el plano sagital del robot, y se propone otra solución con nuevo
mecanismo estabilizador. Este nuevo sistema estabilizador consiste en la inserción de un
dispositivo que asegura que el eslabón estabilizador esté en todo momento paralelo al
suelo. Finalmente se efectúa un estudio del comportamiento cinemático y dinámico
generado por esta modificación, mediante dos modelos: un modelo analítico,
implementado en Matlab®, y otro modelo matemático, implementado en Adams®.
Referencias
[1] J. Meneses, H. Rubio, C. Castejon, E. Ottaviano, M Ceccarelli, J.C. Garcia-Prada.
Modelo Cinemático del Robot Bípedo Pasibot. IX Congreso Iberoamericano de
Ingeniería Mecánica. Las Palmas de Gran Canaria, España. Nov. 2009.
[2] H. Rubio, J. Meneses, C. Castejon, J.C. García-Prada, A. Jardón, A. Giménez.
Mechanical design of walking robot Pasibot. Parametric model ang gait analysis.
12TH International Conference on Climbing and Walking Robots. Istanbul, Turkey.
Sept. 2009.
178 Robótica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Interfaz háptica para tareas de manipulación
J. LÓPEZ, J.L. TORRES, A. GIMÉNEZ
Área de Ingeniería Mecánica. Dpto. Ingeniería Rural. Universidad de Almería
agimfer@ual.es
M. FERRE, I. GALIANA
Centro de Automática y Robótica (UPM-CSIC). Universidad Politécnica de Madrid
Las interfaces hápticas permiten al usuario interactuar con sistemas teleoperados en
entornos remotos o con objetos simulados en entornos virtuales. El sistema requiere un
dispositivo mecánico capaz de realimentar al usuario, en tiempo real, las fuerzas
generadas en el entorno virtual o remoto como consecuencia de los movimientos
realizados por el usuario. En esta comunicación se presenta una nueva interfaz háptica,
llamada MasterFinger [1], [2], diseñada para tareas de manipulación en las que se
requiere el agarre y manejo de objetos con dos o más dedos. Este trabajo describe el
diseño mecánico, y el comportamiento cinemático y cuasi-estático del mecanismo.
El MasterFinger está basado en un diseño modular, en el que cada dedo dispone de su
propia estructura mecánica y controlador electrónico. Por lo tanto, el sistema es
fácilmente escalable, consiguiéndose configuraciones de uno a tres dedos. Cada módulo
tiene seis grados de libertad, de los cuales, los tres primeros determinan la posición y
están actuados por medio de tres motores de corriente continua. Los tres últimos grados
de libertad no están actuados pero permiten la orientación del dedo en cualquier
dirección del espacio. El “dedal” ergonómico está provisto de sensores que miden las
fuerzas que el usuario está ejerciendo, y que sirven para cerrar el bucle de control.
Los trabajos llevados a cabo con la interfaz hápica MasterFinger han demostrado su
aplicabilidad en tareas de manipulación de objetos mediante agarre multi-dedo, tanto con
una como con dos manos. El espacio de trabajo alcanzado muestra que el sistema puede
ser utilizado en una amplia variedad de tareas de manipulación comunes.
Referencias
[1] M. Monroy, M. Oyarzabal, M. Ferre, A. Campos, J. Barrio. MasterFinger: Multifinger Haptic Interface for Collaborative Enviorements, In Proc of the EuroHaptics
2008. LNCS, vol.5024, (2008), 411-419.
[2] P. García-Robledo, J. Ortego, J. Barrio, I. Galiana, M. Ferre, R. Aracil. Multifinger
Haptic Interface for Bimanual Manipulation of Virtual Objects, Haptic Audio visual
Enviorements and Games, 2009. HAVE 2009. IEEE International Workshop on,
(2009), 30-35.
Robótica 179 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Validación experimental de la dinámica de un robot
flexible de 3 GDL
G. PARTIDA, V.H. JARAMILLO, V. FELIÚ
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática. E.T.S. de Ingenieros Industriales. U.C.L.M.
Campus universitario s/n 13071 Ciudad Real, España
gonzalopartidaochoa@yahoo.com.mx
La robótica flexible hoy en día está teniendo un auge importante; debido al ahorro
energético que implica el mover dichos mecanismos, además de la importante
disminución del peso y la seguridad que ofrecen al operador cuando llega a ocurrir un
accidente (hombre-robot). A continuación se presenta una breve explicación del
desarrollo y validación experimental de la matriz de rigidez de un robot flexible de tres
grados de libertad; constituido por cinco barras flexibles de aluminio y tres motores
Baldor con sus respectivas reductoras Harmonic Drive (holgura cero), como se muestra
en las figuras.
La determinación de la matriz de rigidez se llevo a cabo en función de la variación de
apertura del ángulo γ 25 a 90º con una discretización de 5º, y aplicando en su extremo
tres fuerzas ortogonales de 10 N; sólo una de ellas a la vez, dicho análisis se realizó en
coordenadas esféricas con el empotramiento de la base para cada prueba, obteniendo en
total un conjunto de 9 desplazamientos con ayuda del equipo Optotrack por cada ángulo
de apertura del robot, que mediante un algoritmo en Matlab; conociendo la fuerzas
aplicadas, las deformaciones producidas y aplicando la ley de Hooke F=Kx, obtenemos
las funciones tanto la matriz de rigidez como de elasticidad en función de la variación
del ángulo γ, utilizando polinomios de tercer y cuarto orden para el ajuste de las curvas.
La validación experimental se realizó fijando tres acelerómetros en el extremo del robot
ortogonales entre sí, se cerró los lazos de control de los motores para poder aplicar un
pequeño impulso que excite el extremo, y con ayuda del Optotrack obtener las
frecuencias naturales para las distintas configuraciones, las cuales coinciden con las
obtenidas por el análisis mecánico de aplicación de tres fuerzas en su extremo, también
se validaron los resultados con el programa CAD-CAE Autodesk Inventor, obteniendo
así análisis concluyentes y satisfactorios. Cabe señalar que este es un primer paso hacia
el control eficiente del movimiento del extremo del robot de modo que se cancelen las
vibraciones.
Referencias
[1] J.A. Somolinos. Modelado dinámico y control de un robot flexible de tres grados de
libertad, Tesis Doctoral. E.T.S. de Ingenieros Industriales, (1999), 47-63.
180 Robótica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Transiciones entre soluciones del problema directo
en el espacio articular del manipulador 3-RPR
analítico
M. URIZAR, V. PETUYA, A. HERNÁNDEZ
Dpto. Ingeniería Mecánica, Universidad del País Vasco
monica.urizar@ehu.es
J.M. GUTIÉRREZ
Dpto. Matemáticas y Computación, Universidad de La Rioja
En el presente artículo, los autores presentan la obtención del lugar geométrico de los
puntos cuspidales en el espacio articular para la plataforma paralela analítica 3-RPR
estudiada en [1]. El objetivo final es la realización de transiciones no singulares entre
distintas soluciones del problema cinemático directo. Para ello, la localización de los
puntos cuspidales en el espacio articular, permite definir la variación necesaria en los
actuadores para llevar a cabo la transición de forma controlada en todo momento. El
lugar geométrico de los puntos cuspidales es obtenido analíticamente a partir de las
condiciones establecidas en [2], y está compuesto por tres curvas en el espacio articular.
Asimismo, se analizarán transiciones no singulares entre distintas soluciones tanto en
una sección del espacio articular, como en el espacio articular total, destacando una
peculiaridad de este manipulador 3-RPR analítico por la cual es necesario trabajar de
forma adicional con el llamado espacio de configuración reducido.
Referencias
[1] Wenger, Ph. and Chablat, D. Kinematic analysis of a class of analytic planar 3RPR
parallel manipulator, Proceedings of the 5th International Workshop on
Computational Kinematics, Springer, 2009, pp. 43-50.
[2] Hernández, A., Altuzarra, O., Petuya, V. and Macho, E. Defining conditions for
nonsingular transitions of assembly mode, IEEE Transactions on Robotics, 25(6),
2008, pp. 1438-1447.
Robótica 181 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Parámetros base de robots modelados con fricción
X. IRIARTE, J. ROS
Dpto. Mecánica Energética y de Materiales. Universidad Pública de Navarra.
xabier.iriarte@unavarra.es
En la ingeniería mecánica, como en la mayoría de las áreas de la ciencia, es muy común
utilizar modelos para el análisis de sistemas dinámicos. Sin embargo, es necesario
asegurarse de que los modelos construidos representan con la suficiente precisión al
sistema que se pretende analizar. Por esta razón, la identificación de los sistemas
dinámicos es una disciplina importante en la mecánica. Al realizar la identificación de un
sistema dinámico, se hallan los valores de los parámetros dinámicos que hacen que el
modelo represente al sistema con la mayor precisión posible. El conjunto de los
parámetros dinámicos a identificar suele estar formado por inercias, y coeficientes de
fricción. Por suerte, el modelo dinámico inverso de cualquier mecanismo se puede
escribir de forma lineal respecto de sus parámetros inerciales ( i ), como en la siguiente
ecuación:
K i  i   f ( f )  
donde  representa las fuerzas externas, y K i representa la matriz de observación
inercial del modelo, y el vector  f representa las fuerzas de fricción. La matriz K i y el
vector  f dependen de las coordenadas generalizadas del modelo (y de sus derivadas).
En ausencia de fricción, para estimar los parámetros dinámicos de un sistema, sólo es
necesario realizar medidas de las coordenadas generalizadas del sistema y de las fuerzas
externas que actúan sobre él en un experimento, para poder resolver la ecuación anterior,
y estimar así el vector i . Sin embargo, en general, la matriz K i no tiene rango
completo, y el modelo dinámico no depende de los parámetros inerciales individuales,
sino de combinaciones lineales de éstos [1]. Por tanto, es posible reducir el modelo
dinámico, sin simplificación alguna, a un sistema en el que el número de parámetros
inerciales es menor. A estos parámetros de los denomina Parámetros Base Inerciales, y
a la matriz por la que éstos se multiplican, Matriz de Observación Reducida.
En la década de los 90 se realizaron multitud de trabajos sobre la reducción de modelos
dinámicos a parámetros base [2]. Sin embargo prácticamente nada se ha dicho de la
forma en la que los Parámetros de Fricción se agrupan en parámetros base.
En este trabajo se detallan las formas en las que estos parámetros de fricción se agrupan
y se describen métodos numéricos y simbólicos para obtener los Parámetros Base de
Mecanismos con Fricción [2]. Este análisis se realiza para modelos de fricción lineales
en sus parámetros (fricciones viscosa y de Coulomb), y para el modelo de Fricción
Cinética que es no lineal en sus parámetros.
Referencias
[1] M. Gautier. Numerical calculation of the base inertial parameters of robots, Journal
of Robotic Systems, 8(4), (1991), 485-506.
[2] X. Iriarte. Identificación de Robots Manipuladores: reducción de modelos y diseño
de experimentos. Tesis doctoral. Universidad Pública de Navarra, 2010.
182 Robótica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Dynamics simulation of operation for a clutched arm
H. GU, M. CECCARELLI
LARM: Laboratory of Robotics and Mechatronics, DIMSAT, University of Cassino
{hao.gu,ceccarelli}@unicas.it
N. E. NAVA
Roboticslab, University Carlos III of Madrid
nnava@ing.uc3m.es
Recently, a new robotic arm named as LARM clutched arm has been proposed in [1] for
a humanoid robot called CALUMA (CAssino Low-cost hUMAnoid robot) [2]. The
proposed clutched solution provides 1-DOF dexterous mobility in 3D space, which
successfully integrates all the clutches and a single motor in a reasonable compact
shoulder mechanism with a proper payload capability and stiff behaviors by using selflocking gearing systems.
In this paper, modelling for the proposed mechanical design has been completed in
ADAMS environment, with details like mass properties and friction coefficients. In
particular, clutched system in the shoulder has been modelled suitably as key part of the
design in order to have proper practical function as anthropomorphic arm. Dynamics
simulation of LARM clutched arm has been carried out by considering several operation
modes. Numerical results have been reported and discussed to validate the operation
feasibility of LARM clutched arm.
0.06
OP7
0.05
OP6
OP5
0.03
OP4
0.02
OP3
Operation Mode
Motor Torque (Nm)
0.04
0.01
OP2
0
-0.01
0
OP1
0.5
1
1.5
2
Time(s)
2.5
3
3.5
OP0
4
Referencias
[1] Gu H., Ceccarelli M., Carbone G., Design and Simulation of a 1-DOF
Anthropomorphic Clutched Arm for Humanoid Robots, International Journal of
Humanoid Robotics, Vol.7, Issue 1, pp. 157-182, 2010.
[2] Nava N.E., Design and Simulation of a New Low-Cost Easy-Operation Humanoid
Robot, PhD thesis (LARM, University of Cassino) Cassino, Italy, 2006.
Robótica 183 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Trayectorias de tiempo óptimo para robots con
restricciones de par, sobreaceleración y energía
consumida
F.J. RUBIO, F.J. VALERO, J.L. SÚÑER, V. MATA
Dpto. Ingeniraría Mecánica y de Materiales. Universidad Politécnica de Valencia
frubio@mcm.upv.es
Las empresas industriales que robotizan sus procesos persiguen, entre otras cosas,
mejorar la calidad de sus productos, incrementar su productividad y reducir los tiempos
de ciclo. Para conseguir estos objetivos resulta fundamental considerar las características
de los actuadores encargados de generar los movimientos del robot. La mayoría de los
algoritmos existentes que abordan el problema de la planificación de trayectorias libres
de colisiones para robots industriales tratan de optimizar algún parámetro importante de
funcionamiento o alguna función objetivo. Los criterios de optimización más
ampliamente utilizados a lo largo de los últimos años han sido: mínimo tiempo de
ejecución (ver [1]), mínima sobreaceleración, mínima energía (o mínimo esfuerzo del
actuador), criterios híbridos: por ejemplo mínimo tiempo y energía.
Pues bien, en este artículo, partiendo del trabajo previo de los autores, se va a analizar el
impacto de las restricciones de par, sobreaceleración y energía consumida en la
generación de trayectorias de tiempo óptimo libres de colisiones en robots industriales.
El algoritmo propuesto ha sido aplicado a un robot tipo PUMA 560 y ha sido ejecutado
sobre un ordenador Pentium 4 a 2,4 GHz y 496 MB de RAM. Las principales
conclusiones obtenidas son: las restricciones sobre la energía consumida, deben permitir
al manipulador superar los requerimientos asociados a la energía potencial, ya que se
trabaja con el supuesto de que se puede disipar pero no recurar energía, el incremento en
la severidad de las restricciones de energía tiene como resultado trayectorias de mayor
tiempo con requerimientos de par más suaves, el incremento en la severidad de las
restricciones de sobreaceleración implica trayectorias de mayor tiempo con
requerimientos de par más suaves y energías consumidas inferiores. Cuando se trabaja
con restricciones de par y energía consumida de forma simultánea, incluso con
restricciones severas de los mismos, pueden aparecer problemas importantes asociados a
sobreaceleraciones. Se podría trabajar solamente con restricciones de par y
sobreaceleración, utilizando un nivel de restricción en las sobreacelaraciones que
garantice también el consumo energético deseado.
Referencias
[1] J. E. Bobrow, S. Dubowsky, and J.S. Gibson. Time-Optimal Control of Robotic
Manipulators Along Specied Paths. International Journal of Robotics Research, 4-3
(1985), 3-17.
184 Robótica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis dinámico de impactos en sistemas
mecánicos de topología variable
J.M. FONT-LLAGUNES
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universitat Politècnica de Catalunya
josep.m.font@upc.edu
J. KÖVECSES
Dept. Mechanical Engineering and Centre for Intelligent Machines. McGill University
jozsef.kovecses@mcgill.ca
Los sistemas mecánicos de topología variable se caracterizan por cambiar sus
restricciones mecánicas durante el movimiento. En muchos casos, estos cambios de
topología representan una característica esencial del funcionamiento de dichos sistemas,
que aparecen en varias disciplinas de la ingeniería mecánica como la robótica o la
biomecánica. Las siguientes son algunas de las situaciones típicas que aparecen en este
tipo de mecanismos:
(1) El número de grados de libertad disminuye debido a la aparición de nuevos contactos
–restricciones– con el entorno o entre los elementos del sistema. Esta situación se da
cuando dos sistemas robóticos independientes toman interactúan.
(2)Las restricciones mecánicas cambian, se crean nuevas restricciones y otras
desaparecen al mismo tiempo. En este caso, puede darse que el número de grados de
libertad del sistema permanezca constante. Por ejemplo, en la fase de impacto del talón
de la marcha de sistemas bípedos pasivos (passive dynamic walking) aparecen nuevas
restricciones sobre el pie de apoyo y a su vez desaparece el contacto en la pierna trasera,
permaneciendo el número de grados de libertad constante antes y después del impacto.
Se consideran sistemas que incorporan de forma súbita nuevas restricciones mecánicas
por causa de un impacto. El cambio de topología puede considerarse un evento
impulsivo dentro de la escala de tiempo del movimiento finito del sistema. La
metodología que se presenta para su análisis dinámico se basa en la utilización de
restricciones bilaterales impulsivas. A partir de la matriz Jacobiana de dichas
restricciones, se obtienen dos matrices de proyección, Pc y Pa, que permiten
descomponer las ecuaciones del movimiento y la energía cinética en dos componentes
independientes asociadas al movimiento restringido y al movimiento admisible del
sistema, respectivamente [1]. Esta descomposición es muy útil para una mejor
comprensión de la dinámica del impacto y para el cálculo de las pérdidas energéticas. En
el trabajo se presentan resultados analíticos y experimentales de la aplicación del método
a dos sistemas multicuerpo. Se simula el impacto del talón de un sistema bípedo pasivo,
y se estudia la influencia de la configuración y de parámetros dinámicos en varios
aspectos mecánicos y energéticos del impacto. Se presentan resultados del impacto entre
dos sistemas robóticos “6-DOF Quanser Haptic Wand”, para distintas configuraciones y
velocidades antes del impacto.
Referencias
[1] J. Kövecses. Dynamics of Mechanical Systems and the Generalized Free-Body
Diagram—Part I: General Formulation, J. Appl. Mech., 75 (2008), 061012, 1-12.
Robótica 185 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Identificación de parámetros cinemáticos de una
plataforma paralela pan-tilt basada en cinemática
inversa y directa
A.C. MAJARENA, J. SANTOLARIA, D. SAMPER, J.J. AGUILAR
Dpto. Ingeniería de diseño y Fabricación. Universidad de Zaragoza
majarena@unizar.es
En este trabajo se presenta un nuevo algoritmo que permite realizar la identificación de
parámetros de una plataforma de cinemática paralela, con dos grados de libertad
giratorios, a partir de la cinemática inversa y directa. En una primera etapa se desarrolla
el modelo cinemático del mecanismo que relaciona la posición y orientación de la
plataforma móvil con las variables de articulación y los parámetros geométricos. A partir
de los ángulos pan-tilt que gira la plataforma, se obtiene la elongación de los actuadores
mediante cinemática inversa. Conocida la elongación de los actuadores, la resolución del
modelo cinemático directo, basado en el método de Denavit- Hartenberg (D-H), permite
obtener la posición y orientación de la plataforma. Posteriormente se desarrolla la etapa
de optimización en dos fases. En primer lugar, se realiza la captura de datos. Para ello, se
fijan tres esferas patrón a la plataforma móvil, y se mide la localización de dichas
esferas, mediante una máquina de medir por coordenadas (MMC), para cada posición
especificada de la zona de trabajo. El paso siguiente consiste en la optimización de los
parámetros geométricos, con el fin de minimizar el error de orientación y
posicionamiento de la plataforma, Ei, donde el subíndice i representa la posición de la
plataforma. El sistema de ecuaciones no lineal, obtenido en el desarrollo del modelo
cinemático directo, debe resolverse para cada combinación de parámetros geométricos,
en cada posición de la plataforma. La función objetivo que permite minimizar el error Ei
se obtiene al comparar los valores nominales obtenidos a partir de la medición de las
esferas patrón, Dnom=[x, y, z, α, β, γ]nom con los valores de posición y orientación de la
plataforma calculados mediante el modelo cinemático, DDH=[x, y, z, α, β, γ]DH. Esta
función viene representada por la ecuación siguiente:
6
E i   ( Dnom ( j )  D DH ( j )) 2
j 1
Los valores de los parámetros geométricos se obtienen en cada iteración del algoritmo
mediante el método de Levenberg-Marquardt (L-M). La aplicación del nuevo algoritmo
permite aumentar la precisión en la obtención de la posición y orientación de la
plataforma.
Referencias
[1] L. J. Everett, A.H. Suryohadiprojo, A study of kinematic models for forward
calibration of manipulators, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, (1988)
798-800.
[2] F. Y. Chen, V. L. Chan, Dimensional Synthesis of Mechanisms for Function
Generation using Marquardt's Compromise, ASME J. Eng Ind, 96(1) (1974) 13121137.
[3] D.W. Marquardt. An Algorithm for Least-Squares Estimation of Non Linear
Parameters, J. App Math, 11(2) (1963) 431-441.
186 Robótica Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Evaluación de la adaptabilidad mecánica de los
robots en entornos humanos
M.J. GÓMEZ, C. CASTEJÓN, J.C. GARCÍA-PRADA
Grupo de Investigación MAQLAB.
Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad Carlos III de Madrid
mjggarci@ing.uc3m.es
El desarrollo de robots que interaccionen con los humanos, y que se desenvuelvan en su
mismo entorno, ha concentrado muchos esfuerzos de la comunidad investigadora en los
últimos años. Sin embargo, no hay trabajos que cuantifiquen la medida del nivel de
integración que se consigue. Debido a las nuevas tendencias en el campo de la robótica,
orientada a la robótica de servicios, hoy es posible la aspiración de integrar a los robots
en el entorno de los humanos, pero los impedimentos principales para ello, son la
seguridad y el coste (tanto económico como energético). Existen trabajos, que describen
algunos aspectos sobre cómo debe ser un “robot amigable para los humanos”. Así, se
propone este trabajo, que pretende evaluar los aspectos que pueden influir en la
adaptabilidad de un robot a un entorno diseñado por y para las personas.
En cuanto a la seguridad de los robots, se han propuesto índices, que miden
fundamentalmente su capacidad para evitar colisiones, aspecto relacionado con la
estrategia de control utilizada. Para cuantificar el riesgo desde un punto de vista
mecánico, la tendencia es utilizar índices que evalúan la seguridad de un robot
atendiendo a los daños que pueden provocar sobre las personas en caso de impacto. Otro
aspecto fundamental es la manera en la que el robot se puede desenvolver en un contexto
físico humano, que se puede evaluar como su semejanza a una persona. Para ello, se han
de considerar su forma, (tipo de eslabón, y tipo de articulaciones), y proporciones,
(dimensiones, distancia entre articulaciones). También se propone considerar sus
trayectorias, comparándolas con las que realizaría una persona con la misma tarea, (es
decir, observando el parecido de la trayectoria de un brazo manipulador con un brazo
humano, o las de las piernas de un bípedo con las trayectorias que realiza un humano al
caminar). Así también se pretenden comparar la relación posición-velocidad-aceleración
de la máquina con las de una persona, y evaluar el coste energético de los movimientos.
Un análisis y comprensión global de estos términos es fundamental para llegar a
minimizar la masa, el gasto energético, el coste, y mejorar la interacción robot-humano.
En este trabajo, por tanto, se propone un análisis de los factores que influyen en el grado
de semejanza y adaptabilidad de un mecanismo robótico con un humano en función de la
tarea a realizar, con el fin de definir índices de integración. El estudio realizado servirá
de base para la evaluación del mecanismo robótico más adecuado entre las síntesis
mecánicas propuestas, con el fin de mejorar el proceso de selección previo al diseño
mecánico. En este sentido, además se pretende lograr un equilibrio, en parámetros como
el alcance, la inercia, la velocidad y trayectoria del robot, teniendo en cuenta las posturas
más peligrosas, para obtener tanto seguridad como utilidad en las máquinas.
Robótica 187 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Capacidad de carga estática generalizada en
rodamientos de vuelco de contacto angular de 4
puntos
J. AGUIRREBEITIA, J. VALLEJO, M. ABASOLO, R. AVILÉS, I. FERNÁNDEZ DE BUSTOS
Dpto. Ingeniería Mecánica. ETSI-BILBAO. Universidad del País Vasco
josu.aguirrebeitia@ehu.es
En este trabajo se desarrolla el cálculo de la capacidad estática de carga para
rodamientos de vuelco (slewing bearings) de contacto angular de 4 puntos, bajo una
solicitación general que incluye fuerza axial, fuerza radial y momento de vuelco. Este
desarrollo supone una generalización de las ecuaciones de Sjoväll [1] y Rumbarger [2] y
da como resultado la superficie de aceptación estática del rodamiento expresada en los
ejes de las tres solicitaciones. Así, se calculan directamente aquellas combinaciones de
carga que hacen que el elemento más solicitado se agote desde el punto de vista estático,
tal y como se define en [3], lo cual permite obtener directamente una condición
tridimensional de aceptación en forma de inecuación superficial.
Para ello se formula el clásico modelo de interferencia geométrica (suponiendo anillos
rígidos y bolas deformables), a partir del cual se construyen las integrales que formarán
parte del equilibrio de fuerzas y momentos del rodamiento. Por último, se reformulan
las ecuaciones de equilibrio para dar como resultado la inecuación de aceptación que
aparece en la figura.
Referencias
[1] Sjoväll, H. The load distribution within ball and Roller bearings under given
external radial and axial load. Teknisk Tidsdrift, Mek., h.9, 1933
[2] Rumbarger, J., Thrust bearing with eccentric loads. Mach. Des. (february 15, 1962)
[3] International Standard ISO 76, Rolling Bearings-Static Load Ratings, third edition,
2006-05-01
188 Rodamientos y engranajes Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Modelo detallado para análisis estático de conjuntos
de rodamiento de vuelco
J. AGUIRREBEITIA, M. ABASOLO, R. ANSOLA, J. VALLEJO, I. FERNÁNDEZ DE BUSTOS
Dpto. Ingeniería Mecánica. ETSI-BILBAO. Universidad del País Vasco
josu.aguirrebeitia@ehu.es
Los rodamientos de vuelco o “slewing bearings” son rodamientos de grandes
dimensiones que forman parte de multitud de aplicaciones que van desde las
articulaciones en torres de aerogenerador, pasando por tanques, tuneladoras, grúas...
hasta aplicaciones de máquina herramienta como grandes mesas de torneado y fresado.
Dichas aplicaciones suelen implicar generalmente bajas velocidades de giro y pocos
ciclos de carga, con lo cual un análisis estático suele ser suficiente para su diseño y
selección. Estos sistemas de rodamiento se componen básicamente de los anillos interior
y exterior, los elementos rodantes, y los tornillos de fijación pretensados. La mayoría de
los desarrollos que se han llevado a cabo para diseñar y caracterizar el comportamiento
en servicio de estos rodamientos se basan en modelos que tratan por una parte el
rodamiento propiamente dicho y por otra parte los tornillos de fijación. Sin embargo, la
carga local transmitida por los elementos rodantes incrementa decisivamente (y de
manera negativa) el valor de la carga nominal en los tornillos. Por otra parte, la presencia
de los orificios de los tornillos y las grandes dimensiones de los rodamientos hacen que
la distribución de carga en los elementos rodantes se aleje considerablemente de las
distribuciones teóricas basadas en interferencia geométrica [1]
En este trabajo se ha construido un modelo ANSYS® paramétrico de elementos finitos
para modelizar sistemas de rodamiento de vuelco de contacto angular de cuatro puntos,
en el que los elementos rodantes se han modelizado mediante resortes no lineales y los
tornillos mediante elementos de pretensión. Asimismo se ha estudiado la adecuación de
diferentes modelos teóricos tanto del rodamiento como de los tornillos al
comportamiento dado por el modelo de elementos finitos.
Referencias
[1] J. Aguirrebeitia, R. Avilés, I. Fernandez de Bustos, M. Abasolo. Calculation of
General Static Load-Carrying Capacity for the Design of Four-Contact-Point
Slewing Bearings. Journal of Mechanical Design (Aceptado para publicación) 2010
Rodamientos y engranajes 189 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Criterio de aceptación estática de rodamientos de
vuelco de contacto angular de 4 puntos frente a
cargas axiales, radiales y de momento
J. VALLEJO, J. AGUIRREBEITIA, M. ABASOLO, R. AVILÉS, I. FERNÁNDEZ DE BUSTOS
Dpto. Ingeniería Mecánica. ETSI-BILBAO. Universidad del País Vasco
josu.aguirrebeitia@ehu.es
En este trabajo se presenta una metodología para la aceptación de un rodamiento de
vuelco de contacto angular de cuatro puntos frente a acciones que incluyen fuerza axial
(Fa), fuerza radial (Fr) y momento de vuelco (Mv). El criterio de aceptación requiere
comprobar que un punto (Fa, Fr, Mv) definido en el espacio de las solicitaciones está
contenido en el interior de una superficie, que es el lugar geométrico de las
combinaciones de carga que provocan el agotamiento estático del rodamiento según [1].
Dicha superficie viene definida mediante una nube de puntos proviniente del cálculo de
la capacidad de carga estática generalizada en este tipo de rodamientos [2]. La
metodología conlleva la definición algebraica de la superficie de aceptación y la
posterior intersección de esta superficie con rectas que partiendo del origen, pasan por un
punto que representa el estado de carga del rodamiento. De esta forma puede definirse
un margen de seguridad frente a carga estática como la relación entre la magnitud de las
cargas de trabajo y las cargas límite.
Para elaborar la definición de la superficie ha sido preciso realizar un análisis de las
características geométricas más destacables de la nube de puntos, detectando varías
relaciones de simetría que han permitido reducir el ajuste a tan solo una octava parte de
los puntos de la nube original. La intersección con planos convenientemente orientados
de una malla generada a partir de la nube de puntos, da como resultado secciones casi
rectilíneas, lo cual sugiere aproximar la nube de puntos mediante superficies regladas.
Por otra parte, la metodología general de cálculo de la intersección entre una recta y una
superficie reglada pasa por resolver un sistema no lineal de tres ecuaciones con tres
incógnitas. En este trabajo se ha desarrollado un algoritmo particular de intersección que
simplifica en gran medida el problema y reduce el número de operaciones necesarias.
Referencias
[1] International Standard ISO 76, Rolling Bearings-Static Load Ratings, third edition,
2006-05-01.
[2] J. Aguirrebeitia, R. Avilés, I. Fernandez de Bustos, M. Abasolo. Calculation of
General Static Load-Carrying Capacity for the Design of Four-Contact-Point
Slewing Bearings. Journal of Mechanical Design (Aceptado para publicación) 2010
190 Rodamientos y engranajes Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Banco de ensayos para el estudio del
comportamiento dinámico de trenes de engranajes
epicicloidales
A. FERNÁNDEZ DEL RINCÓN, F. VIADERO, M. IGLESIAS, C. A. LÓPEZ
Dpto. Ingeniería Estructural y Mecánica. Universidad de Cantabria
viaderof@unican.es
Las transmisiones mecánicas mediante trenes de engranajes epicicloidales presentan un
indudable interés desde múltiples puntos de vista debido a su excelente relación entre
tamaño y potencia. El diseño óptimo de estos sistemas requiere un mejor conocimiento
de su comportamiento dinámico. Con este objetivo se ha llevado a cabo el diseño de un
banco de ensayos específico. Tras presentar brevemente las distintas posibilidades de
construcción, se describe el diseño de un banco experimental basado en la recirculación
de potencia mecánica mediante el empleo de dos transmisiones planetarias idénticas,
conectando los porta-satélites mediante un eje perforado, por el interior de cual se ubica
un eje que une solidariamente los engranajes sol, tal y como se observa en la figura.
Caja 1
Caja 2
Motor
De este modo es posible obtener un elevado nivel de carga mediante la aplicación de un
par sobre una de las ruedas interiores (en rojo en la figura) mientras que el
accionamiento sólo tiene que proporcionar las pérdidas debidas al rozamiento. La
selección del tamaño del accionamiento se ha llevado a cabo considerando la
configuración específica del banco, determinando la magnitud de las pérdidas por
rozamiento y la posibilidad de obtener un nivel de carga lo suficientemente elevado
como para deteriorar los componentes de la transmisión, de modo que el banco pueda ser
utilizado para ensayos en estas condiciones. Otro aspecto que se ha analizado es el
diseño de los ejes de conexión entre los porta-satélites y engranajes sol, así como el
procedimiento a emplear para soportarlo en dirección radial y sus efectos sobre las
frecuencias de resonancia del conjunto.
Finalmente, el diseño del banco se completa con la descripción de la instrumentación
empleada para el registro de los datos experimentales y su localización específica.
Referencias
[1] M. Inalpolat, A. Kahraman, A theoretical and experimental investigation of
modulation sidebands of planetary gear sets, Journal of Sound and Vibration, 323,
677-696, 2009.
Rodamientos y engranajes 191 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Respuesta experimental y simulada de una
chimenea industrial sin y con TMD bajo la acción del
viento
C.E. LAVÍN1, A. VASALLO1,2, A. LORENZANA1,2, A.V. PONCELA1,2, C.M. CASADO1,
J. SEBASTIÁN1
1
Centro Tecnológico CARTIF, Parque Tecnológico de Boecillo, Valladolid
2
Escuela de Ingenierías Industriales, Universidad de Valladolid, Valladolid
carlav@cartif.es
I.M. DÍAZ
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de Castilla-La Mancha, Ciudad Real
En este trabajo se presenta un modelo numérico, basado en el método de los elementos
finitos, con el que se simula el comportamiento mecánico (desplazamientos,
aceleraciones, tensiones,…) de una chimenea industrial bajo los efectos del viento. El
modelo realizado corresponde a una chimenea real de la que se tienen registros tanto en
la situación original como después de ser instalado un absorbedor pasivo de vibraciones
(TMD o Tuned Mass Damper).
Los efectos del viento, tanto en la dirección longitudinal como transversal, se obtienen
mediante técnicas CFD (Computational Fluid Dynamics) simplificadas, de forma que no
es necesario resolver el dominio fluido en 3D sino sólo en un número reducido de planos
2D paralelos entre sí y alineados con el viento y transversales a la chimenea.
Con los datos experimentales obtenidos por el grupo VES (Vibration Engineering
Section) de la Universidad de Sheffield, UK, y tras el necesario proceso de actualizado o
ajuste, se consiguen determinar los parámetros modales, incluyendo los
amortiguamientos, para cada situación (sin y con TMD) de tal forma que se puede
evaluar, por simulación, la mejora obtenida tras la instalación del TMD para distintos
valores de los parámetros que le definen.
Referencias
[1] Brownjohn JMW, Carden EP, Goddard RC, Oudin G, Koo K. Real-time
performance tracking on a 183m concrete chimney and tuned mass damper system,
3rd International Operational Modal Analysis Conference, May 2009.
[2] Armitt, J. Wind-excited vibration of chimneys, Leatherhead, Surrey RD/L/N 89/69.
[3] Williamson, C.H.K., Govardhan, R. A brief review of recent results in vortex
induced vibrations, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,
96(6-7), (2008), 713-735.
[4] Garcia-Dieguez, M., Koo K.Y., Middleton, C.M., Brownjohn, JMW & Goddard, C.
Model Updating for a 183m of Reinforced Concrete Chimney, IOMAC 2010-04175.
192 Ruido y vibraciones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Aplicación de las transformadas de Hilbert a la
dinámica de una pala de aerogenerador
J.BLÁZQUEZ
División de Fisión Nuclear, CIEMAT. Avda. Complutense, 22; 28040 Madrid, España Afiliación
A. GARCÍA-BERROCAL, M. BALBÁS, C. MONTALVO
Amerpren, ETSI de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Ríos Rosas, 21, 28003 Madrid, España
cristina.montalvo@upm.es
Las oscilaciones de las palas de un aerogenerador son semejantes a las de las vigas
empotradas con un extremo fijo. Las palas suelen estar fabricadas de fibra de vidrio y su
geometría no es constante. Además son huecas por dentro, de manera que los
coeficientes de la ecuación diferencial de la oscilación no son constantes. En este trabajo
se miden las frecuencias de vibración del extremo libre de una pala; los resultados se
usan para validar los cálculos teóricos. En el análisis de la señal interesa también una
estima del rozamiento asociado a cada modo de vibración. El rozamiento se obtiene de la
anchura de cada resonancia, ajustándola a una forma funcional de tipo Breit-Wigner[1].
También es posible resolver un problema inverso: a partir de las medidas registradas de
oscilación, cuáles son los coeficientes de una ecuación diferencial que reproduce las
oscilaciones. La herramienta para este caso es la transformada de Hilbert. Por último, si
se aplica la descomposición de modos empíricos de Hilbert Huang a las medidas, se
obtienen dos modos empíricos. La duración del modo de mayor frecuencia es indicativa
del rozamiento.
Referencias
[1] A Garcia-Berrocal, J Blazquez, C Montalvo, M Balbas. Resolving Mechanical
Resonances with Breit-Wigner Formula, J.Vibrat.Control. 15 (2009) 1267-1280.
Ruido y vibraciones 193 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis y control de vibraciones en la pasarela del
Museo de la Ciencia de Valladolid
1
I.M. DÍAZ, J.J.L. CELA
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de Castilla-La Mancha, Ciudad Real
Ivan.Munoz@uclm.es
C.M. CASADO, J. DE SEBASTIÁN
Fundación CARTIF, Parque Tecnológico de Boecillo, Valladolid
A.V. PONCELA, A. LORENZANA
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de Valladolid, Valladolid
En las últimas décadas se han producido significativos avances tanto en el diseño y
construcción de estructuras como en el desarrollo de los materiales empleados. Cada día
se construyen estructuras más ligeras y esbeltas, que son más espectaculares desde el
punto de vista arquitectónico, pero que pueden ser susceptibles a excitaciones producidas
por humanos. Esto es debido, sobre todo, a las bajas frecuencias y coeficientes de
amortiguamiento que resultan en estas estructuras. En este trabajo se estudia la pasarela
del Museo de la Ciencia de Valladolid. Se trata de una estructura formada por cuatro
vanos. El vano principal, de 111 m, se encuentra arriostrado por un sistema externo de
cables, el segundo vano es de 51 m, y los otros dos son de aproximadamente 20 m. El
segundo vano se caracteriza por alcanzar vibraciones muy perceptibles por los usuarios.
Así, el plan de trabajo que se planteó fue: 1) análisis dinámico experimental del segundo
vano 2) análisis del estado límite de servicio relativo al nivel de vibración, 3) control de
vibraciones mediante un absorbedor pasivo, 4) control de vibraciones mediante un
absorbedor activo y 5) control de vibraciones mediante un absorbedor semi-activo. En
este trabajo se analiza el estado de servicio relativo a las vibraciones y se emplean dos
sistemas de control de vibraciones: el primero es un sistema es un absorbedor pasivo de
vibraciones (TMD, “Tuned Mass Damper”) y el segundo es un sistema activo basado en
un actuador inercial. Se comparan los resultados obtenidos sin control y con cada una de
las estrategias adoptadas.
Referencias
[1] SETRA. Technical guide: Footbridges. Assessment of vibrational behaviour of
footbridges under pedestrian loading, The Technical Department for Transport,
Roads and Bridges Engineering and Road Safety, France, 2006
[2] I.M. Díaz. Acceleration feedback control of human-induced floor vibrations,
Engineering Structures, 32 (2010), 163-173.
194 Ruido y vibraciones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Identificación dinámica de puentes de Sevilla
mediante sus respuestas a cargas de servicio
P. GALVÍN, M. SOLÍS, A. ROMERO, J. DOMÍNGUEZ
Universidad de Sevilla
{aro,pedrogalvin,msolis@us.es}
Los ensayos dinámicos son el método más fiable a la hora de obtener las propiedades
dinámicas de estructuras reales y validar, a partir de los resultados obtenidos
experimentalmente, los modelos numéricos empleados en la etapa de diseño. Además,
dichos ensayos permiten valorar el estado de daño de la estructura mediante la
comparación de las propiedades dinámicas obtenidas antes de la puesta en servicio de la
estructura, con las obtenidas a lo largo de su vida [1]. En este artículo se presenta la
identificación experimental de las propiedades dinámicas de diferentes puentes de
Sevilla a partir de su respuesta ante cargas de servicio. La realización de diferentes
campañas experimentales diferidas en el tiempo permite evaluar la evolución de los
parámetros modales para la detección y localización de posibles estados de daño [2].
Referencias
[1] Galvín, P. Domínguez, J. Dynamic analysis of a cable-stayed deck steel arch bridge
Journal of Constructional Steel Research, 63, (2007), 1024-1035.
[2] Solís, M. Romero, A. Galvín, P. Monitoring the Mechanical Behaviour of the
Weather Vane-Sculpture Mounted Atop Seville Cathedral's Giralda Tower.
Structural Health Monitoring, 9, (2010), 41-57.
Ruido y vibraciones 195 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Simulación y aislamiento de la respuesta vibratoria
de un vehículo ante perturbaciones transitorias
A.J. NIETO
Dpto. Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos. Universidad de Castilla-La Mancha
antoniojavier.nieto@uclm.es
T.P. WATERS
Institute of Sound and Vibration Research. University of Southampton (United Kingdom)
Este trabajo aborda el problema del aislamiento de vibraciones en un vehículo modelado
como un sistema de dos GDL ante perturbaciones tanto armónicas como transitorias de
tipo “shock”. La literatura exhibe ejemplos de estrategias semi-activas de control
basadas en el uso del amortiguamiento sobre sistemas de 1GDL [1]. El objetivo es
diseñar un vehículo de tal manera que sus dos modos de vibración oscilen sobre los ejes
de dicho vehículo. Este comportamiento es generalmente bueno en la práctica pero
además, permite tratar el sistema de dos GDL como uno de uno sólo bajo determinadas
circunstancias. Estas circunstancias son la excitación del vehículo desde la base sobre un
sólo eje. Este caso se hace realidad en caso de excitación de tipo “shock”. Para que el
diseño del vehículo ofrezca tal comportamiento, los modos de bote y cabeceo necesitan
estar acoplados y el índice dinámico (ID) debe estar próximo a la unidad. En este trabajo
se modela y se simula analíticamente un vehículo mediante una viga uniforme
estudiando posiciones del centro de masas, distancia del mismo a los ejes, etc. Dicho
sistema aporta información acerca de las frecuencias naturales de los modos de vibración
alcanzados. Se ha estudiado en la literatura el comportamiento de un sistema de un GDL
sujeto a cambios en el amortiguamiento cuando es excitado mediante “shock” como se
ilustra en la siguiente figura [2]:
Los resultados advierten una ventaja al utilizar valores bajos de amortiguamiento durante
el resalto y altos tras el mismo. Otro objetivo es utilizar esta ventaja para incorporarla al
vehículo. Dos pequeños “shakers” son utilizados para tal fin por su facilidad de cambiar
la constante de amortiguamiento en milésimas (circuito abierto/cerrado). El trabajo se
enfoca hacia la consecución de estrategias que minimicen la respuesta del vehículo ante
“shocks” evaluando aceleración, velocidad y desplazamiento del vehículo.
Referencias
[1] Y. Liu, T.P. Waters, M.J. Brennan. A comparison of semi-active damping strategies
for vibration isolation of harmonic disturbances, J. Sound Vib., 280 (2005), 21-39.
[2] T.P. Waters, Y. Hyun, M.J. Brennan. The effect of dual-rate suspensión damping on
vehicle response to transient road inputs, J. Vib. Acoust., 131 (2009), 011004 (8
pages).
196 Ruido y vibraciones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Obtención por medio de análisis de ruido del cuarto
polo de un sensor capacitivo de presión
C. MONTALVO
Amerpren, ETSI de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Ríos Rosas, 21, 28003 Madrid, España
cristina.montalvo@upm.es
J. BLÁZQUEZ
División de Fisión Nuclear, CIEMAT. Avda. Complutense, 22; 28040 Madrid, España Afiliación
A. GARCÍA-BERROCAL, M. BALBÁS
Amerpren, ETSI de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Ríos Rosas, 21, 28003 Madrid, España
Los sensores capacitivos tipo Rosemount utilizados para la medida de la presión y el
caudal en las centrales nucleares pueden monitorizarse por medio de la técnica de
análisis de ruido. Gracias a esta técnica se puede medir el tiempo de respuesta del sensor,
magnitud utilizada para su vigilancia, sin interrumpir la operación de la planta. Hasta
ahora el modelo del sensor se había construido empleando una función de transferencia
con tres polos, dos complejos conjugados y uno real[1]. No obstante, el trabajo en
laboratorio ha demostrado que el sensor posee dos polos reales[2] en vez de uno, y que
éstos determinan el valor del tiempo de respuesta. Por tanto, podría aplicarse el análisis
de ruido basado en el Dynamic Data System, y sería posible obtenerlos con un ajuste
autorregresivo de su PSD empleando cuatro coeficientes. En este trabajo, las señales
tomadas de la planta se analizan y se consigue encontrar el segundo polo real, y su
contribución al tiempo de respuesta.
Referencias
[1] A. García-Berrocal, J.M. Chicharro, J. Blázquez, M. Balbás. Non-linear Boise
análisis from a capacitive pressuve transmitter, Mechanical Systems and Signal
Processing. 18 (2004) 187-197.
[2] O. Glöckler. Reactor noise measurements in the safety and regulating systems of
CANDU stations, Prog. Nuclar Energy, 43 (2003) 75-82.
Ruido y vibraciones 197 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Atenuación de ruido en dispositivos de
postratamiento de MCIA. Modelado analítico modal
multidimensional
F.D. DENIA, J. MARTÍNEZ-CASAS, J. ALBELDA, F.J. FUENMAYOR
Centro de Investigación de Tecnología de Vehículos, Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales,
Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera, s/n, 46022 Valencia
fdenia@mcm.upv.es
En este trabajo se presenta un modelo analítico modal multidimensional para el cálculo
de la atenuación acústica en dispositivos de postratamiento de motores de combustión.
El procedimiento propuesto combina el método de ajuste modal con la solución analítica
de la ecuación de ondas en los conductos implicados. Por un lado, se hace uso de las
funciones de Hankel esféricas y de Legendre para los conductos de sección variable con
geometría cónica, y por otro se consideran las funciones de Bessel en los conductos de
sección circular uniforme. Para la simulación del comportamiento acústico de la región
asociada al convertidor catalítico se recurre a la utilización de dos técnicas: (1) Por un
lado, se considera un fluido equivalente desde el punto de vista acústico, con
comportamiento isótropo y homogéneo. En este caso, los fenómenos de propagación de
ondas pueden ser tridimensionales tanto en los conductos de entrada y salida, como en el
propio monolito; (2) Por otro lado, se propone una técnica que consiste en la sustitución
del convertidor catalítico por una matriz de transferencia que asume comportamiento
acústico unidimensional en su interior. De esta forma, la solución del campo acústico
puede ser tridimensional en los conductos de entrada y salida, pero no se permite la
existencia de modos de orden superior en el monolito. Los resultados proporcionados
por las dos técnicas analíticas propuestas se comparan entre sí, mostrando diferencias
importantes. Además se lleva a cabo una comparación de los resultados analíticos con
cálculos numéricos obtenidos mediante el método de elementos finitos [1], mostrando
una concordancia excelente. Adicionalmente, se realiza un estudio paramétrico para
analizar el efecto de ciertas variables de diseño relevantes (porosidad, resistividad y flujo
medio) en la atenuación acústica del dispositivo de postratamiento.
(1)
An 1, 0
r
2RA
An
LA
Bn
1
z1  1
Bn2 
LB
(2)
Monolito
1
r
Cn
z2
C
2RC

n
LC
2 
r
2
Dn
 2, 0 E
r
z3  2 z4
2RE
E
Dn1
LD
An 1, 0

n
LE

n
r
2RA
Bn1
1
z1  1

n
A
T m T m 
Tm   11m 12m 
 T21 T22 
r
r
LB
 2, 0 En
r
z3  2 z4
z2
Bn2 
LA
2
Dn2 
2RE
E
Dn1
LC
LD

n
LE
Referencias
[1] F.D. Denia, A.G. Antebas, R. Kirby, F.J. Fuenmayor. Multidimensional acoustic
modelling of catalytic converters, Sixteenth Inter. Cong. Sound Vib., 2009,
Cracovia.
198 Ruido y vibraciones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Propuesta de ensayo para verificar el ruido emitido
por un vehículo automóvil
J.A. CALVO, C. ÁLVAREZ, A. QUESADA, J.L. SAN ROMAN
Dpto. Ingeniería Mecánica Universidad Carlos III de Madrid
jacalvo@ing.uc3m.es
El ruido de tráfico, constituye una de las fuentes que más contribuye a la contaminación
acústica de las ciudades (entorno al 80 %). Uno de los retos tecnológicos actuales es
conseguir un ambiente acústico sostenible en unas ciudades en continuo crecimiento, y
con un número creciente de vehículos cada vez más potentes. La legislación vigente
obliga a que en el proceso de homologación de un vehículo se determinen los niveles de
emisiones sonoras de acuerdo a un procedimiento de ensayo en el que se establecen unos
límites máximos por encima de los cuales el vehículo no puede ser homologado
(Directiva 70/157 CEE). Este nivel sonoro máximo ha ido reduciéndose de forma
progresiva con las distintas actualizaciones de la directiva. Sin embargo esta reducción
no ha repercutido en el ruido de tráfico global, debido entre otras causas a que el ensayo
de homologación no es muy representativo del nivel sonoro real que emite un
determinado vehículo, ya que solo tiene en cuenta una condición de funcionamiento muy
concreta (transitorio aceleración – deceleración),
Para poder determinar el nivel de emisión sonora de forma más realista y poder
comparar este valor con otros vehículos, es necesario establecer un ensayo tipo que
permita controlar los principales parámetros que pueden influir en dichas emisiones
sonoras y que permita reproducir las mismas condiciones de medida, teniendo en cuenta
que, la forma de conducir, el tipo de tráfico, el estado de la vía, el tipo de vehículo son
factores primordiales en las emisiones sonoras del vehículo. En el presente trabajo se han
determinado los parámetros de control dentro del propio vehículo que posibiliten la
evaluación del efecto de estos parámetros. Se ha sensorizado el vehículo para obtener
medidas físicas de dichas variables. Mediante un sensor GPS se han analizado las
posiciones, velocidades, aceleración longitudinal, aceleración latera y tiempo. A través
del CAN BUS del vehículo se han analizado, el régimen de giro del motor, grado de
carga, posición del acelerador, temperatura del motor y con una batería de micrófonos el
ruido emitido en diversos puntos del vehículo.
A partir de un circuito representativo de la circulación en una gran ciudad como Madrid,
se han tomado medidas en una serie de vehículos “promedio”, representativos del parque
actual de automóviles de turismo, con distintos tipos de conductor y a distintas horas del
día con el fin de establecer unos valores promedio de comportamiento. A partir de estos
valores promedio, se ha podido definir un ensayo tipo que permita valorar la
contaminación acústica emitida por un vehículo en condiciones de funcionamiento reales
y que permita establecer valores límite y poder comparar diferentes vehículos.
Ruido y vibraciones 199 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio de la influencia de la incertidumbre en el
control activo con materiales inteligentes
A.L. MORALES
Dpto. Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos, Universidad de Castilla – La Mancha, Edificio
Politécnico, Avda. Camilo José Cela s/n, 13071, Ciudad Real, Spain
AngelLuis.Morales@uclm.es
J.A. RONGONG, N.D. SIMS
Department of Mechanical Engineering, The University of Sheffield, Mappin Street, Sheffield S1 3JD, UK
En este trabajo se implementa un método para el estudio del efecto de la incertidumbre
en controles activos o semiactivos. Aunque el procedimiento puede ser empleado con
generalidad, este trabajo se centrará en estructuras modeladas por elementos finitos que
usen materiales inteligentes para la medición y actuación. En la mayoría de los casos, las
vibraciones de los sistemas mecánicos son un efecto indeseado que se requiere atenuar,
por lo que numerosas técnicas de control se han desarrollado con este objetivo. Sin
embargo, la incertidumbre o la falta de precisión en los parámetros que definen el
modelo pueden tener efectos adversos en estos sistemas de control, conduciendo en
algunos casos a inestabilidades del sistema [1].
La influencia de la incertidumbre en sistemas dinámicos puede afrontarse desde dos
puntos de vista o aproximaciones diferentes: probabilísticas o posibilísticas. Las
primeras, entre las que destaca el método de Simulación de Monte Carlo (MCS),
investigan dicha influencia considerando distribuciones reales de probabilidad tanto para
las variables de entrada como para las de salida. Las últimas, estudian la propagación de
incertidumbres sin entrar en interpretaciones estadísticas con técnicas basadas, por
ejemplo, en aritmética difusa (fuzzy arithmetic). Los métodos posibilísticos han sido
aplicados hasta ahora en la determinación de las funciones de respuesta en frecuencia
(FRF) de un sistema con incertidumbre en sus parámetros [2]. En este trabajo, en
cambio, aplicamos las técnicas de aritmética difusa al estudio de la estabilidad de un
sistema de control activo.
A modo de ejemplo presentamos los resultados obtenidos para una placa de aluminio en
condiciones libres controlada mediante materiales piezoeléctricos (PZT). Más
concretamente, estudiaremos la influencia de la incertidumbre en la posición del
actuador PZT y del sensor PZT en un esquema de control basado en realimentación
positiva de la posición (PPF) [3].
Referencias
[2] R.V. Field, L.A. Bergman, W.B. Hall. Computation of probabilistic stability
measures for a controlled distributed-parameter system, Probabilistic Engineering
Mechanics, 10 (1995), 181-192.
[3] H. de Gersem, D. Moens, W. Desmet, D. Vandepitte. A fuzzy finite elements
procedure for the calculation of uncertain frequency response functions of damped
structures: Part 2 – numerical case studies, J. Sound. Vib., 288 (2005), 463-486.
[4] A. Preumont. Vibration control of active structures: An introduction, (Dordrecht:
Kluwer Academic), (2002).
200 Ruido y vibraciones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Herramienta para el cálculo computacional de
sistemas antivibratorios
F.J. MARTÍNEZ
Grupo de Vibroacústica de la Universidad de Zaragoza
fjmargo@unizar.es
J. LASIERRA
Grupo de Vibroacústica de la Universidad de Zaragoza
La necesidad de incorporar nuevas metodologías de trabajo tanto en proyección como en
ejecución en el campo del control de ruido y vibraciones en las instalaciones viene
inducida por la entrada en vigor de la normativa relativa a estas disciplinas, hablamos del
CTE DB-HR y del Real Decreto 1367/2007 de desarrollo de la Ley 37/2003. Así pues,
tras realizar varios estudios referentes al aislamiento de vibraciones y análisis de
bancadas de inercia de máquinas, se presenta una herramienta informática que pretende
servir de apoyo al proyectista en el cálculo de soportes antivibratorios y bases inerciales,
así como dar respuesta a los requerimientos normativos.
Análisis modal de la base inercial
Referencias
[1] Pedro Flores Pereita. Manual de acústica ruidos y vibraciones. Edición Pérez
Fajardo 1990.
[2] Rafael Torres del Castillo. Patologías vibroacústicas generadas por instalaciones
térmicas en edificios. Ponencia presentada en jornadas técnicas CLIMATIZACIÓN
2003.
[3] Javier Abad Blasco. Apuntes sobre Vibraciones Mecánicas. Impartida en el curso
2007-2008 en la Escuela de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza.
Ruido y vibraciones 201 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Aspectos a considerar en la mejora de modelos de
elementos finitos en máquinas herramienta
mediante datos procedentes del análisis modal
experimental
J.M. HERNÁNDEZ, I. OLABARRIETA, I. GARITAONANDIA, M.H. FERNANDES, J. ALBIZURI
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco
jesusmaria.hernandez@ehu.es
J. MUÑOA
IDEKO-IK4
jesusmaria.hernandez@ehu.es
En esta comunicación se analizan los factores determinantes en la mejora de modelos de
elementos finitos mediante la utilización de datos procedentes del análisis modal
experimental, y se aplican al estudio de máquinas herramienta, y en concreto, a una
fresadora universal. En la primera parte se describen las características básicas de la
fresadora objeto de estudio y se muestran los resultados obtenidos mediante el MEF. En
la segunda parte se presentan los ensayos experimentales llevados a cabo, y se incide en
la importancia de ejecutarlos con corrección, incluyendo la adquisición de datos, y de
analizar adecuadamente los resultados obtenidos. En efecto, en la comunicación se
muestra que la utilización de diferentes técnicas de extracción de parámetros modales
proporciona resultados distintos, perdiéndose modos de vibración, en algún caso. A
continuación se presenta el procedimiento de correlación realizado y las dificultades que
entraña. Por ejemplo, la necesidad de realizar rotaciones, traslaciones y cambios de
escala al modelo experimental para que encaje con el modelo numérico, o en el caso de
máquinas herramienta de varios ejes, como el que nos ocupa, la necesidad de realizar
desplazamientos relativos a lo largo de algún eje de alguna de las subestructuras que
forman parte de la máquina. Aún así, en algunas ocasiones todavía es necesario
emparejar los nudos de ambos modelos de forma manual. Posteriormente se analiza el
proceso de actualización, que realmente está precedido de una fase previa muy
importante: la selección de los parámetros del modelo de elementos finitos a modificar,
para que el modelo resultante disponga de sentido físico. En la comunicación se
presentan diferentes alternativas para llevar a cabo este proceso: elección de parámetros
globales o locales, descomposición en diferentes fases, selección de los elementos de
unión. Finalmente se describe la actualización propiamente dicha, que no es más que un
proceso de minimización de una función objetivo. En este punto se presentan los
resultados obtenidos con funciones objetivo distintas, y se extraen conclusiones para la
realización de trabajos con este tipo de máquinas.
Referencias
[1] Y. Altintas, C. Brecher, M. Weck, S. Witt. Virtual Machine Tool, CIRP Annals –
Manufacturing Technology, 54, 2 (2005), 115-138.
[2] Z. Houming, W. Chengyong, Z. Zhenyu. Dynamic characteristics of lengthened
shrink-fit holder and cutting tool in high-speed milling, Journal of Materials
Processing Technology 207 (2008), 154-162.
202 Ruido y vibraciones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis modal operacional de encoders ópticos
lineales mediante vibrometría láser de efecto
Doppler
J. LÓPEZ, M. ARTÉS, I. ALEJANDRE
Dpto. Mecánica. UNED
jlopez@ind.uned.es
Los encoders ópticos son sensores de posicionamiento de elevada precisión basados en
patrones de interferencia entre retículas. Generalmente el comportamiento de los
sistemas ópticos presenta una fuerte sensibilidad a las perturbaciones de tipo vibratorio,
y los encoders no son una excepción pudiendo cometer errores cercanos o incluso
superiores al valor de precisión especificado por los fabricantes cuando trabajan en
ambiente vibratorio. La gran mayoría de los trabajos publicados sobre encoders tratan
sobre aspectos concernientes al diseño óptico de estos sensores habiendo muy pocos
artículos que traten sobre cómo influye el diseño mecánico en la precisión del sensor,
especialmente, aquellos aspectos relacionados con las vibraciones. El pequeño tamaño
de los principales componentes de un encoder, junto la difícil accesibilidad a los mismos
cuando se trata de encoders cerrados, hacen del análisis modal basado en medidas de
transmisibilidad utilizando vibrometría láser de efecto Doppler una técnica adecuada
para caracterizar la respuesta dinámica de los componentes del encoder (Fig. 1). De
hecho, otras técnicas tales como las basadas en martillo de impacto o excitador modal
utilizando acelerómetros de contacto, difícilmente podrían obtener los parámetros
modales sin causar una importante alteración de las propiedades mecánicas iniciales del
encoder. En este trabajo se presenta la caracterización dinámica de los principales
componentes de un encoder mediante medidas de respuesta monopunto utilizando
excitación aleatoria en la base del encoder.
Fig. 1. Vista esquemática del dispositivo experimental.
Ruido y vibraciones 203 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Monitorización y procesamiento de señales
vibratorias en vehículos para la prevención de
exposición en humanos y detección de fallos
mecánicos
R. MORENO, P. PINTADO, J.M. CHICHARRO, A.L MORALES, A.J. NIETO
Dpto. Mecánica Aplicada e Ingeniería de Proyectos. Universidad de Castilla-La Mancha
ricardo.moreno@uclm.es
V. GÓMEZ, M. MORENO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Antioquia
La monitorización de señales vibratorias en los coches permite llevar a cabo aplicaciones
importantes como la estimación de la exposición de vibraciones cuerpo entero para los
humanos y el diagnóstico de fallos en elementos mecánicos. En este artículo se ilustran
los procesamientos de señal requeridos para clasificar y cuantificar daños en el
rodamiento de una rueda trasera de un coche Dacia-Logan utilizando la transformada
wavelet y redes neuronales artificiales probabilísticas [1]. La medición de las
aceleraciones del coche permitió además estimar el torque del motor con la ayuda de
cálculos de dinámica longitudinal [2]. Estimar el valor del torque fue un complemento
muy útil para las entradas de la red neuronal permitiendo alcanzar una clasificación
exitosa de fallos en rodamientos del 100%. Mediciones simultáneas con acelerómetros
triaxiales fueron realizadas para estimar el tiempo límite de exposición de cuerpo entero
acorde a la norma ISO 2631 [3] y al Real Decreto 1311/2005 [4]. Las condiciones
vibratorias del sistema coche-carretera empleados sugieren no sobrepasar las 4 horas
diarias de conducción.
Referencias
[1] R. Moreno, A.L. Morales, A. J. Nieto, J.M. Chicharro, P.Pintado. Detección y
clasificación de fallos incipientes en rodamientos utilizando redes neuronales
artificiales. 9º.Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica. España-2009.
[2] J. Agudelo, R. Moreno, J.F. Pérez. Desempeño dinámico y energético de un autobús
operando con gas natural vehicular. Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia. 51 (2010)
pp.72-80.
[3] International Standard. Mechanical vibration and shock evaluation of human
exposure to whole body vibration. ISO-2631-1:1997
[4] Real Decreto 1311/2005. Guía Técnica para la Evaluación y Prevención de los
Riesgos Relacionados con las Vibraciones Mecánicas. BOE No. 265.
204 Ruido y vibraciones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Caracterización dinámica de máquinas-herramienta
en diferentes posiciones mediante subestructuras
J. ALBIZURI, I. GARITAONANDIA, M.H. FERNANDES, I. OLABARRIETA, J.M. HERNÁNDEZ
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco
joseba.albizuri@ehu.es
Las máquinas-herramienta de grandes dimensiones de tipología porticada, presentan un
comportamiento dinámico diferenciado en función de la posición relativa de los
componentes [1]. En este trabajo, se presenta una metodología de cálculo de los datos
dinámicos necesarios para la obtención de las propiedades dinámicas de una máquina de
estas características partiendo de un modelo de Elementos Finitos definido en una
posición mediante técnicas CMS (component mode synthesis). Una vez definidas los
diferentes componentes o subestructuras y su forma de unión, se identifican las
posiciones relativas límite entre ellas. Mediante estos datos se definen los nudos que se
desean conservar (nudos frontera) y los que se pueden condensar. Mediante la aplicación
del método de Craig-Bampton [2] se obtiene una estimación de las frecuencias en las
diferentes posiciones definidas de una forma casi inmediata sin tener que resolver el
problema de valores y vectores propios del modelo completo para cada posición de la
máquina.
En el trabajo se presentan y se comparan los valores obtenidos mediante subestructuras y
en el modelo completo para un modelo de fresadora suministrado por el centro
tecnológico y de investigación IDEKO.
Los desarrollos han sido realizados bajo MATLAB y los cálculos MEF mediante
FEMTOOLS. Estos desarrollos son parte de un trabajo que tiene como objetivo la
obtención de diagramas de estabilidad de las máquinas en diferentes configuraciones
mediante métodos numéricos de un modo eficiente.
Referencias
[1] M. Zatarain, et al. Modular synthesis of machine tools, CIRP Annals, 47 (1), (1998),
333–336.
[2] Dae-Kwan Kim, et al. Substructure synthesis method for a nonlinear structure with
a sliding mode condition, J. Sound Vib, 321 (3-5), (2009), 704-720.
Ruido y vibraciones 205 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de la sensibilidad a las vibraciones del
método de medición de tensión superficial mediante
gota suspendida
M.A. ÁLVAREZ, J.A. DÍAZ, J.L. PÉREZ
Dpto. de Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid.
maavalen@ing.uc3m.es
La tensión superficial (γ) definida formalmente como la energía por unidad de superficie
presente en una interfaz entre dos fluidos [1] hace que dicha interfaz se comporte como
una lamina elástica [2] [3] y juega un papel fundamental en multitud de procesos físicos,
químicos y biológicos. El conocimiento preciso de la tensión superficial es útil para la
optimización de muchas aplicaciones y procesos industriales, tales como la destilación,
la absorción y la extracción [4] [5].
Se han descrito muchos métodos para la medición y cálculo de la tensión superficial de
los líquidos [6]. El método de la gota suspendida es uno de los más extendidos para la
medida de la misma y es comúnmente aceptado que es necesario un entorno aislado de
vibraciones para poder medir correctamente. Sin embargo hasta el momento no se había
realizado un estudio sobre qué nivel de vibraciones es aceptable. En este trabajo se ha
determinado experimentalmente la tensión superficial y el volumen de una gota de agua
desionizada mediante ADSA (Axisymmetric Drop Shape Analysis) en tres ambientes
vibro-acústicos diferentes para determinar la influencia de las vibraciones en la medida
de la tensión superficial. Se comprueba la importancia de la presencia de resonancias en
el movimiento de la gota y se demuestra que el uso de una bancada antivibratoria
compuesta permite reducir en dos órdenes de magnitud la dispersión cuadrática media de
la medida de tensión superficial.
Referencias
[1] Fay, Raymond de. Étude Thermodynamique de la Tension Superficielle. Gauthier Villars & C, 3 (1934).
[2] H.Y. Erbil, en: K.S. Birdi (Ed.). Handbook of Surface and Colloid Chemistry. CRC,
Press, LCC, 1 (1997).
[3] H. Butt, K. Graf, M. Kappl. Physics and Chemistry of Interfaces. Weinheim :
Wiley-VCHVerlag GmbH and Co, 1 (2003).
[4] K. Ali, Anwar-ul-Haq, B. Salma, S. Siddiqi. Concentration and temperature
dependence of surface parameters of some aqueous salt solutions, Colloids Surf. A.,
272, (2004) 161-168.
[5] A.J. Queimada, I.M.Marrucho, E.H. Stenby, J.A.P. Coutinho. Generalized relation
between surface tension and viscosity: a study on pure and mixed n-alkanes, Fluid
Phase Equilib, .222–223 (2004)
161–168.
[6] Arthur W Adamson, Alice P. Gast. Physical Chemistry of Surfaces. Sixth Edition.
Los Angeles, John Wiley & Sons, Inc., 1 (1997)
206 Ruido y vibraciones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Prototipo de motor de combustión
A. DE ANDRÉS, E.GARCÍA
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad Pontificia Comillas - Madrid
deandres@dim.icai.upcomillas.es
Con el fin de reducir los rozamientos laterales entre pistón y cilindro se han ideado, a lo
largo de la historia, gran cantidad de configuraciones que consiguen un movimiento
lineal del pistón sin necesidad de ser guiado por los cilindros. Estos esfuerzos comienzan
en la época de las máquinas de vapor y para ello se utilizaron cadenas cinemáticas
complicadas o deslizaderas.
La presente invención, utiliza dicha configuración, sustituyendo el pistón, que va unido
al planetario, por dos eslabones cinemáticos que constituyen la cabeza del pistón y su
pie, y tienen movimiento relativo entre si: Haciendo girar la cabeza del pistón respecto a
su pie, debido a una unión roscada, se modifica las medidas del conjunto, consiguiendo,
una diferencia de altura en el punto muerto superior y modificando de este modo la
relación de compresión.
Con el fin de poder conseguir una gran variación en la carrera efectiva de la admisión y
compresión, necesaria para realizar un ciclo Atkinson, se recurre a una válvula de
admisión rotativa, cuyo cierre se puede desfasar, y que opera en serie con una segunda
válvula, de diseño convencional, que se encarga del cierre final y combatir las altas
presiones. Esta solución, de gran simplicidad, es posible debido a que la válvula rotativa
retiene una diferenciad presión inferior a un bar y un cierre imperfecto no penaliza el
rendimiento. La Fig. muestra el mecanismo al completo.
Síntesis y diseño 207 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Optimización dimensional de mecanismos
incluyendo objetivos de velocidades
I. FERNÁNDEZ DE BUSTOS, R. AVILÉS, J. AGUIRREBEITIA, D. LÓPEZ MONTAÑA
Dpto. Mecánica, universidad del País Vasco
igor.fernandezdebustos@ehu.es
La optimización cinemática de mecanismos está habitualmente centrada en la obtención
de mecanismos que verifiquen de la mejor manera posible restricciones de tipo
posicional, ya sea de generación de función, de guiado de sólido, de generación de
trayectoria o mixtas. Sin embargo, existen aplicaciones de importancia en la industria en
las que se desea conseguir que un mecanismo cumpla una determinada relación de
velocidades entre un punto de un elemento de entrada y otro de salida. Un ejemplo de
esto es en los problemas en los que se desea que un determinado sistema de suspensión
presente una determinada rigidez aparente en función de la posición a partir de la curva
de rigidez del muelle del amortiguador, como sucede en las suspensiones progresivas.
Para poder afrontar con éxito este problema es posible emplear una aproximación de la
velocidad en diferencias finitas partiendo de una optimización de posición con dos
puntos muy cercanos. Sin embargo, este tipo de soluciones presenta siempre la
problemática de la determinación de cuánta es la distancia que se debe considerar
pequeña y la de aparición de soluciones "fantasma" relacionadas con una trayectoria que
pase por estos dos puntos muy cercanos sin que en la trayectoria generada los dos puntos
sean realmente sucesivos.
En cualquier caso, para poder plantear la optimización con restricciones de velocidades,
resulta necesario que el mecanismo considerado pase por el punto en el que realmente se
quiere obtener la velocidad considerada. La verificación de este punto con exactitud se
puede plantear, pero puede ser interesante permitir que también el paso por este punto
sea uno de los objetivos de optimización, permitiéndose así obtener mecanismos que, sin
verificar exactamente el punto considerado, se acerquen a el cumpliendo también en un
grado aceptable las condiciones de velocidad deseadas.
En este trabajo se presenta una función de evaluación que tenga en cuenta la velocidad
real del mecanismo en el punto de la trayectoria considerada, y que optimice
simultáneamente la generación de la trayectoria de las relaciones de velocidades
consideradas.
Referencias
[1] R. Avilés, J. Vallejo, I. Fernández de Bustos, J. Aguirrebeitia, G. Ajuria. Optimum
synthesis of planar linkages using a strain-energy error function under geometric
constraints. Mechanism and Machine Theory, 45 (2010), 65-79
[2] V. Cossalter. Motorcycle Dynamics, 2nd Ed., Ed. Lulu, 2006
208 Síntesis y diseño Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Generalización analítica del método gráfico de
Norton para la síntesis dimensional de una diada
impulsora
A. NORIEGA, M. CADENAS, R. TUCHO, A. GARCÍA
Dpto. Construcción e Ingeniería de Fabricación. Universidad de Oviedo
noriegaalvaro@uniovi.es
En este artículo se presenta un método para realizar la síntesis dimensional de una diada
impulsora formada por 2 eslabones biarticulados donde el elemento de entrada da vueltas
completas (manivela) mientras que el elemento de salida realiza una rotación pura entre
dos posiciones angulares límite (balancín) cumpliendo, además, una relación prefijada
entre la duración de la carrera de avance y la de retorno.
2
1
3
f
i
Y
0
X
Este método es una generalización del método gráfico propuesto por Norton [1] y se
basa en formular el problema de manera analítica para unas dimensiones de balancín y
acoplador conocidas y resolverlo con un método de optimización. Se muestra la
multiplicidad de soluciones de este problema y la posibilidad de aprovechar la simetría
existente entre dichas soluciones para acotar la zona de búsqueda y resolver el problema
de manera eficiente.
La calidad de las soluciones obtenidas se califica mediante el ángulo de transmisión
mínimo [2], pudiendo entonces ordenarlas y seleccionar la mejor solución del conjunto
de todas las posibles.
Repitiendo el procedimiento descrito para distintas combinaciones de longitud del
acoplador y del balancín se puede obtener una representación gráfica del conjunto de
soluciones de este problema de síntesis y de su calidad. Esto permite al usuario realizar
una sencilla selección visual de una solución cuasi-óptima del problema.
Referencias
[1] R.L. Norton. Diseño de maquinaria. Síntesis y análisis de máquinas y mecanismos,
México D.F., McGraw-Hill, 3ª Edición, (2005), 81-87.
[2] S. Balli, S. Chand. Transmission angle in mechanisms (Triangle in mech), Mech
Mach Theory, 37 (2002), 175-195.
Síntesis y diseño 209 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
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DE INGENIERÍA MECÁNICA
Levas de anchura constante con palpador plano de
rotación: síntesis de la ley de desplazamiento
S. CARDONA, E.E. ZAYAS, L. JORDI
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universitat Politècnica de Catalunya
salvador.cardona@upc.edu
Los mecanismos de levas de anchura constante, que accionan un palpador doble de caras
planas paralelas de rotación, son desmodrómicos ya que utilizan dos pares superiores
conjugados de manera que ambos imponen la misma restricción cinemática garantizando
la bilateralidad global. En dichos mecanismos, la ley desplazamiento del palpador sólo
se puede diseñar libremente para una porción de vuelta de la leva inferior a 180º y el
tramo restante se obtiene por cálculo a partir del primero [1, 2]. Garantizar la
continuidad entre tramos no es trivial. El trabajo aporta un procedimiento que permite
lograr la continuidad de manera automática en la unión entre el tramo que se diseña –
utilizando curvas de Bézier no paramétricas– y el tramo que se calcula. Se muestra un
ejemplo numérico de ley de desplazamiento diseñada con el procedimiento propuesto y
el perfil de anchura constante correspondiente, así como la comprobación del radio de
curvatura del mismo. También se aportan las expresiones de cálculo de la velocidad de
deslizamiento en los puntos de contacto de la leva con el doble palpador y los gráficos
correspondientes.
Este trabajo es una continuación de uno anterior [3], desarrollado por los propios
autores, que estudia la síntesis de leyes de desplazamiento en levas de anchura constante
que accionan palpadores de translación. La siguiente figura, muestra la ley de
desplazamiento    diseñada con el procedimiento propuesto y el perfil de leva de
anchura constante correspondiente a dicha ley.
Referencias
[1] E.E, Zayas. et al. Analysis and synthesis of the displacement function of the follower
in constant-breadth cam mechanism. Mechanism and Machine Theory, 44 (2009),
pp. 1938-1949
[2] C, Lanni et al. An analytical design for three circular-arc cams. Mechanism and
Machine Theory, vol. 37, nº9 (2002), pp. 915-924.
[3] S. Cardona et al. Síntesis de leyes de desplazamiento en levas de anchura constante
con palpador plano de traslación. Libro de Ponencias CIBIM9 (2009), pp.15-19.
210 Síntesis y diseño Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
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DE INGENIERÍA MECÁNICA
Correlación entre los resultados obtenidos
mediante diversas técnicas de ensayo de desgaste
L. FERREIRO, A. GARCÍA, A. VARELA, C. CAMBA, J.L. MIER
Dpto. Ingeniería Industrial II. Universidad de A Coruña
agd@cdf.udc.es
En el campo de la tribología es un problema frecuente la reproducibilidad de los
resultados y la elección del método de ensayo elegido para estudiar el comportamiento
de un material frente al desgaste. En cuanto al primer tema, es frecuente que las normas
que se emplean como guía para los diferentes ensayos de desgaste adviertan de la
problemática de conseguir resultados reproducibles, y hacen referencia a diversos
factores que pueden influir en los resultados obtenidos. Estos factores son tan diversos
como las condiciones ambientales del laboratorio, las condiciones del equipamiento que
se está empleando para los ensayos e incluso del operario que los está llevando a cabo.
En cuanto a la elección del método de ensayo es de todos conocido que los ensayos de
desgaste no buscan reproducir exactamente las condiciones de servicio reales, sino que
se trata de buscar una configuración de ensayo adecuada que permita de alguna manera
extrapolar las conclusiones obtenidas en el laboratorio a la vida real [1, 2]. De esta
forma, la elección del método más adecuado para cada problema cobra vital importancia.
Si unimos estas dos consideraciones, la importancia de la elección del método de ensayo
adecuado y la falta de reproducibilidad de los resultados, se suscita una pregunta: ¿son
las conclusiones obtenidas con distintas configuraciones de ensayo similares o por el
contrario los resultados obtenidos con un método no son extrapolables a otro
procedimiento de ensayo?
Si la respuesta a esta pregunta es positiva, el problema de la elección del método de
ensayo pasaría de ser vital a importante, puesto que si somos capaces de extraer las
mismas conclusiones con diferentes configuraciones de ensayo podremos afirmar que la
probabilidad de que los resultados obtenidos en el laboratorio se mantengan en
condiciones reales será más alta.
En este trabajo se pretende hacer un estudio del comportamiento tribológico de un acero
sometido a diferentes tratamientos térmicos mediante tres técnicas de ensayo diferentes,
el ensayo pin on disk, el ensayo con rueda de caucho y arena seca y el ensayo con rueda
de caucho y arena húmeda. El objetivo es extraer conclusiones en cuanto a la diferencia
de comportamiento de las distintas muestras en función de la dureza que presentan y
compararlas para las tres técnicas, buscando saber si en los tres casos los resultados son
equivalentes o si alguno de los procedimientos presenta alguna ventaja con respecto a los
otros.
Referencias
[1] J.A. Hawk, R.D. Wilson, J.H. Tylczak, Ö.N. Dogan, Laboratory abrasive wear test:
investigation of test methods and alloy correlation, Wear, 225-229 (1999) 10311042.
[2] M.J. Neale, M. Gee, Guide to wear problems and testing for industry, Willian
Andrew Publishing, 2001
Tribología 211 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comportamiento frente al desgaste abrasivo de las
fundiciones tipo silal con grafito esferoidal
C. CAMBA, A. VARELA, A. GARCÍA, J.L. MIER, F. BARBADILLO
Escuela Politécnica Superior, c/ Mendizábal s/n, 15403 Ferrol
ccamba@udc.es
V. BLÁZQUEZ
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, c/ José Gutiérrez Abascal 2, 28006 Madrid
En el presente trabajo se estudia el comportamiento frente al desgaste abrasivo de
diferentes fundiciones grises tipo Silal obtenidas mediante fusión en horno de inducción.
Dado que el contenido en carbono y silicio influye en la dureza y resistencia y asimismo
en lograr la esferoidización del grafito, las diferentes fundiciones se caracterizan por su
composición química, su microestructura y por sus propiedades mecánicas con el fin de
correlacionar todo ello con su comportamiento tribológico.
Los ensayos de desgaste abrasivo se efectúan mediante el tribómetro pin on disk
siguiendo la norma ASTM G99 a temperatura ambiente, controlando la carga aplicada y
la velocidad de giro en el ensayo, y midiendo simultáneamente la variación del
coeficiente de fricción durante el mismo. Previamente se efectúa una preparación
superficial de cada muestra ensayada para asegurar una rugosidad superficial semejante
en todos los casos.
212 Tribología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Esquemas de integración acelerada del desgaste en
problemas de rodadura cuasi-estacionaria mediante
el método de los elementos de contorno
L. RODRÍGUEZ-TEMBLEQUE, R. ABASCAL
Escuela Técnica Superior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, Camino de los Descubrimientos s/n, 41092,
Sevilla, España.
luisroteso@us.es
El fenómeno de desgaste está presente en los procesos de interacción mecánica
superficial, fundamentalmente contacto y rodadura, entre sólidos. En éstos la estimación
del desgaste originado en los sólidos es de gran importancia ya que determina o
condiciona la vida útil de un elemento mecánico. Por tanto, una correcta simulación del
desgaste nos permitirá predecir mejor el fallo de componentes y optimizar su diseño de
cara a la durabilidad mediante la elección adecuada de: materiales, acabados
superficiales, formas, etc. Todo ello se traduce en una reducción de costes directos de
mantenimiento y reparación, e indirectos, causados por la inoperatividad no programada
de los elementos mecánicos.
En la literatura podemos encontrar diversos trabajos que proporcionan formulaciones
numéricas y algoritmos de simulación del desgaste en problemas de contacto y rodadura.
Éstos emplean diversas metodologías para obtener los coeficientes de influencia que
modelan el comportamiento de los sólidos, como pueden ser las aproximaciones
mediante semi-espacio elástico, mediante lecho elástico, mediante el MEF o mediante el
MEC. Todos los trabajos coinciden en que la simulación del desgaste es una tarea que
exige un enorme coste computacional. Por tanto, es necesario desarrollar algoritmos y
metodologías de resolución del problema más eficientes y rápidos.
Dentro de este contexto se enmarca el presente trabajo. En él se analizan esquemas de
integración del desgaste en problemas de rodadura, a partir de la formulación de desgaste
presentada en trabajos previos desarrollados por los autores [1,2,3,4]. Se analizarán una
serie de ejemplos de referencia, cuya solución se compara con modelos semi-analíticos,
y se recogerán los tiempos de CPU empleados en las simulaciones. De esta manera se
presentará un estudio comparativo de los tiempos de computación.
Referencias
[1] R. Abascal, L. Rodríguez-Tembleque. Steady-state 3D rolling-contact using
boundary elements, Comm. Num. Meth. Eng., 23, (2007), 905-920.
[2] L. Rodríguez-Tembleque, R. Abascal, M.H. Aliabadi. A boundary element
formulation for 3D wear simulation in rolling-contact problems, En R.Abascal y
M.H.Aliabadi, editores, Advances in Boundary Elements Techniques IX. EC, Ltd.,
UK, 2008.
[3] L. Rodríguez-Tembleque, R. Abascal, M.H. Aliabadi. Wear prediction in
tribometers using a 3D boundary elements formulation, En E.J.Sapountzakis y
M.H.Aliabadi, editores, Advances in Boundary Elements Techniques X. EC, Ltd.,
UK, 2009.
[4] L. Rodríguez-Tembleque, R. Abascal. A 3D FEM-BEM rolling contact formulation
for unstructured meshes, Int. J. Solids Struct., 47, (2010), 330-353.
Tribología 213 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Caracterización del comportamiento reológico de
lubricantes mediante ensayo en tribómetro
P. LAFONT, J. ECHÁVARRI, E. DE LA GUERRA, E. CHACÓN, A. DÍAZ, J.M. MUÑOZGUIJOSA, J.L. MUÑOZ, J. MUÑOZ
Grupo de Investigación en Ingeniería de Máquinas. Universidad Politécnica de Madrid
plafont@etsii.upm.es
Los ensayos habituales que se realizan sobre aceites lubricantes con el objetivo de
determinar su comportamiento reológico proporcionan información adecuada para
conocer ese comportamiento a presiones y velocidades de cizallamiento relativamente
bajas. Sin embargo, cuando esos aceites están en servicio, lubricando por ejemplo
transmisiones por engranajes o rodamientos, están sometidos a condiciones de trabajo
extremas, para las que es difícil caracterizar sus propiedades reológicas.
Conocer el comportamiento reológico para las condiciones de funcionamiento en las que
se va a encontrar en servicio es de gran utilidad a la hora de seleccionar un lubricante u
otro para una aplicación dada [1]. En este trabajo se presenta un procedimiento para la
deducción del comportamiento reológico de cualquier lubricante mediante la realización
de una serie de ensayos en un tribómetro. De esta manera, se pueden determinar las
propiedades viscosas del lubricante cuando está sometido a elevadas presiones,
temperaturas y funciona con altos gradientes de velocidad.
En la experimentación desarrollada, se aplica el procedimiento de caracterización a
lubricantes base de tipo mineral y sintético en un equipo de ensayo Mini-TractionMachine (MTM), como el mostrado en la ilustración [2].
Los resultados obtenidos se comprueban empleando lubricantes de los que se conoce que
siguen un modelo de comportamiento basado en la ecuación de Carreau. Se comprueba
la utilidad del procedimiento desarrollado para caracterizar de manera sencilla cualquier
lubricante, empleando un tribómetro comercial que permita variar la carga, la
temperatura, la velocidad media y el grado de rodadura-deslizamiento.
Referencias
[1] S. Bair, W.O. Winer. Some observations in high pressure rheology of lubricants,
Trans. ASME, J. Lubr. Technol. (1982) 104, 357.
[2] P. Lafont, J. Echavarri et al. Models for predicting friction coefficient and
parameters with influence in elastohydrodynamic lubrication, Proc. IMechE, Part J,
J. Engineering Tribology (2009), 223 (7), 949-958.
214 Tribología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Resolución del problema TEHD puntual y su
aplicación a la predicción del coeficiente de fricción
E. CHACÓN, E. DE LA GUERRA, J. ECHÁVARRI, P. LAFONT, J.M. MUÑOZ-GUIJOSA,
J.L. MUÑOZ, A. DÍAZ, J. MUÑOZ
Grupo de Investigación en Ingeniería de Máquinas. Universidad Politécnica de Madrid
{e.delaguerra,e.chacon}@upm.es
Las severas condiciones de funcionamiento que se producen en el contacto puntual en
régimen de lubricación elastohidrodinámica (EHD) provocan una elevada generación de
calor debido a la fricción que hacen alejarse al contacto de las condiciones isotermas.
Este aumento de temperatura afecta directamente a las condiciones de funcionamiento
del contacto.
El procedimiento presentado en este artículo resuelve las ecuaciones de la
termoelastohidrodinámica (TEHD) en el contacto puntual a través de métodos Full
Multigrid [1] y resistencias térmicas [2]. Para la modelización del comportamiento
reológico se ha utilizado el modelo de Carreau [3] que considera al lubricante como noNewtoniano:
  p, T ,      p, T  1  (  p, T   G ) 
2
( n 1) 2
Con el fin de validar el modelo de cálculo del coeficiente de fricción se ha llevado a
cabo un plan de ensayos en la Mini Traction Machine (MTM) de PCS Instruments en un
amplio rango de velocidades (1-4m/s) y deslizamientos entre 5% y 200%.
Los resultados obtenidos con el modelo isotérmico, térmico y los datos experimentales
se muestran en el gráfico siguiente.
Curva de Stribek Um-SRR
Isotérmico
Térmico
Experimental
0.08
0.07
Coef. de friccion
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
4
3
2
1
Um[m/s]
0
200
100
150
50
0
SRR%
Referencias
[1] C.H. Venner, A.A. Lubrecht. Multilevel Methods in lubrication, Tribology Series
37, Elsevier (2000).
[2] B.J. Hamrock. Fundamentals of fluid film lubrication, McGraw-Hill (2004).
[3] S. Bair, M.M. Khonsari. Reynolds equation for common geralizad Newtonian
models and approximate Reynolds-Carreau equation. Proc. IMechE Vol. 220 Part J:
J. Engineering Tribology (2006)
Tribología 215 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comportamiento tribológico de una aleación
NiCrBSi texturizada mediante láser Nd-YAG
A. HIGUERA, R. GONZÁLEZ, I. PEÑUELAS, M. CADENAS
Área de Ing. Mecánica. Departamento de Construcción e Ingeniería de Fabricación. Universidad de Oviedo.
higueraalberto@uniovi.es
El presente trabajo tiene como objeto el estudio de la influencia de la geometría de los
micro-taladros que conforman el texturizado del material, así como su densidad
superficial, en el comportamiento tribológico del mismo. La aplicación del texturizado
como tratamiento superficial para mejorar la fricción se encuentra ampliamente
extendido en diversos sectores tanto industriales como científicos, siendo aplicado en la
mejora del comportamiento en motores de combustión interna [1], [2], [3] en
aplicaciones biomecánicas [4], [5] en procesos de fabricación [6], [7] y en un completo
abanico de diferentes usos. El texturizado en superficies de relativamente baja absorción
láser, como es el caso de la aleación NiCrBSi, presenta una serie de complicaciones
añadidas, requiriendo el uso de láseres con menores longitudes de onda y presentando
tasas de enfriamiento y presencia de microestructuras coherentes con la tipología del haz
láser incidente y de las propiedades térmicas y mecánicas del material. Las aleaciones
del tipo NiCrBSi presentan un elevado rendimiento anti-desgaste con estabilidad a alta
temperatura, si bien en regímenes de lubricación críticos (límite, película delgada) éste
puede ser mejorado mediante la texturización de la superficie de contacto. Para valorar
su comportamiento se realizan una serie de ensayos orientados a comparar las curvas de
Stribeck obtenidas en función de diferentes parámetros del texturizado (diámetro,
profundidad y densidad de micro-taladros). Los resultados son comparados con un
tratamiento de control consistente en una superficie de NiCrBSi sin texturizar.
Referencias
[1] Etsion, I., Sher, E. (2009). Improving fuel efficiency with laser surface textured
piston rings. Tribology International , 42, 542-547.
[2] Borghi, A.a , Gualtieri, E.a b , Marchetto, D.a b , Moretti, L.c , Valeri, S.a b. (2008).
Tribological effects of surface texturing on nitriding steel for high-performance
engine applications. 265, 1046-1051.
[3] Ryk, G., Etsion, I. (2006). Testing piston rings with partial laser surface texturing
for friction reduction. Wear , 261, 792-796.
[4] Fasasi, A.Y., Mwenifumbo, S., Rahbar, N., Chen, J., Li, M., Beye, A.C., Arnold,
C.B., Soboyejo, W.O. (2009). Nano-second UV laser processed micro-grooves on
Ti6Al4V for biomedical applications. Materials Science and Engineering , 29, 5-13.
[5] Götz, H.E., Müller, M., Emmel, A., Holzwarth, U., Erben, R.G., Stangl, R. (2004).
Effect of surface finish on the osseointegration of laser-treated titanium alloy
implants. Biomaterials , 25, 4057-4064.
[6] Kawasegi, N., Sugimori, H., Morimoto, H., Morita, N., Hori, I. (2009).
Development of cutting tools with microscale and nanoscale textures to improve
frictional behavior. Precision Engineering , 33, 248-254.
[7] Wagner, K., Völkl, R., Engel, U. (2008). Tool life enhancement in cold forging by
locally optimized surfaces. Journal of Materials Processing Technology , 201, 2-8.
216 Tribología Asociación Española de
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XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Influencia de los parámetros de un láser Nd-YAG en
el texturizado de una aleación NiCrBSi
A. HIGUERA, R. GONZÁLEZ, I. PEÑUELAS, M. CADENAS
Área de Ing. Mecánica. Departamento de Construcción e Ingeniería de Fabricación. Universidad de Oviedo.
higueraalberto@uniovi.es
El presente trabajo tiene como objeto el estudio de la influencia de los parámetros de
gobierno de un dispositivo láser Nd-YAG en la geometría de los micro-taladros
realizados sobre una aleación NiCrBSi. La literatura científica recoge ampliamente la
aplicación de texturizado láser en materiales de buen comportamiento frente a la energía
láser [1], [2], [3], [4], [5] existiendo pocas referencias a la referida técnica sobre
aleaciones con baja capacidad de absorción. La técnica de texturizado sobre NiCrBSi
sólo se encuentra referenciada sobre una aleación obtenida mediante pulvimetalurgia [6]
con lo que su capacidad de absorción de la energía láser difiere notablemente de la
empleada en este estudio.
Para la obtención de la influencia de los factores del tratamiento (parámetros del láser) se
desarrollan dos diseños de experimentos: un multifactorial multinivel para determinar
rangos de ensayo y un diseño central compuesto para determinar las influencias
estadísticamente significativas dentro de esos rangos. En la medida de resultados se
barajan diferentes técnicas (perfilometría de contacto, ultrasonidos, réplicas en silicona
para metalografía, confocal, etc.) descartando aquellas cuyos resultados no ofrezcan la
fiabilidad requerida. Finalmente se representa, mediante superficies de respuesta, la
influencia de los factores de los diferentes tratamientos sobre las variables respuesta,
obteniendo ecuaciones de segundo grado que relacionan las variables geométricas de los
micro-taladros con los parámetros de programación del dispositivo láser.
Referencias
[1] Haefke, H., Gerbig, Y., Dumitru, G., Romano, V. (2000). Microtexturing of
functional surfaces for improving their tribological performance. Proceedings of the
International Tribology Conference. , 217-221.
[2] Andersson, P., Koskinen, J., Varjus, S., Gerbig, Y., Haefke, H., Georgiou, S.,
Zhmud, B., Buss, W. (2007). Microlubrication effect by laser-textured steel
surfaces. Wear , 262, 369-379.
[3] Rapoport, L.a , Moshkovich, A.a , Perfilyev, V.a , Gedanken, A.b , Koltypin, Yu.b ,
Sominski, E.b , Halperin, G.c , Etsion, I.c. (2009). Wear life and adhesion of solid
lubricant films on laser-textured steel surfaces. Wear , 267, 1203-1207.
[4] Borghi, A.a , Gualtieri, E.a b , Marchetto, D.a b , Moretti, L.c , Valeri, S.a b. (2008).
Tribological effects of surface texturing on nitriding steel for high-performance
engine applications. 265, 1046-1051.
[5] Zum Gahr, K.-H., Wahl, R., Wauthier, K. (2009). Experimental study of the effect of
microtexturing on oil lubricated ceramic/steel friction pairs. Wear , 267, 1241-1251.
[6] Li, J., Xiong, D., Dai, J., Huang, Z., Tyagi, R. (2010). Effect of surface laser texture
on friction properties of nickel-based composite. Tribology International , 43, 11931199.
Tribología 217 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Predicción del coeficiente de fricción en contactos
puntuales con lubricación elastohidrodinámica
J. ECHÁVARRI, P. LAFONT, E. CHACÓN, E. DE LA GUERRA, A. DÍAZ, J.M. MUÑOZGUIJOSA, J.L. MUÑOZ, J. MUÑOZ
Grupo de Investigación en Ingeniería de Máquinas. Universidad Politécnica de Madrid
{plafont,jechavarri}@etsii.upm.es
El Grupo de Investigación en Ingeniería de Máquinas de la Universidad Politécnica de
Madrid trabaja en colaboración con la empresa Repsol-YPF en el desarrollo de modelos,
por métodos analíticos y numéricos, para la predicción de la fricción en contactos
tribológicos con lubricación elastohidrodinámica (EHL). En la elaboración de los
modelos se parte de las ecuaciones de la EHL en el caso newtoniano e isotérmico, y se
incorporan los efectos del comportamiento reológico no-newtoniano del lubricante y del
calentamiento causado por el deslizamiento entre las superficies en contacto. Ambos
efectos producen una reducción apreciable de la viscosidad del lubricante, por lo que
afectan al espesor de película y al coeficiente de fricción [1].
Se parte de modelos analíticos sencillos con algunas hipótesis simplificadoras para
calcular el coeficiente de fricción. Cuando los efectos térmicos resultan apreciables, se
considera el flash de temperatura, obtenido considerando la generación de calor en el
contacto lubricado y su penetración en los sólidos, para obtener el incremento medio de
temperatura en el contacto [2]. Como alternativa más precisa a los métodos analíticos, se
emplean técnicas full-multigrid para la resolución por métodos numéricos del problema
EHL puntual. Se resuelve la ecuación de Reynolds combinada con los comportamientos
piezoviscoso, elástico y no-newtoniano. Los cálculos térmicos se realizan mediante un
método basado en resistencias térmicas.
Se presenta una comparación entre los resultados obtenidos por medio de los modelos
analíticos y de las simulaciones numéricas con los experimentos realizados en un
tribómetro Mini-Traction-Machine (MTM). En los ensayos se incluyen diferentes
materiales de contacto y varios lubricantes, así como diferentes parámetros de
funcionamiento (temperatura, carga, velocidad y grado de rodadura-deslizamiento), de
manera que pueda analizarse el potencial predictivo de los modelos en diferentes casos.
Los resultados muestran una buena correlación entre teoría y experimentación en todo el
rango de parámetros analizado, especialmente para los modelos numéricos. En
consecuencia, se establece un ámbito de aplicación de cada modelo para predecir la
influencia de los parámetros de entrada en los resultados obtenidos.
Referencias
[1] Bair S. The high pressure rheology of some simple model hydrocarbons, Proc.
IMechE, Part J, J. Engineering Tribology (2002), 216, 139-149.
[2] P. Lafont, J. Echavarri et al. Models for predicting friction coefficient and
parameters with influence in elastohydrodynamic lubrication, Proc. IMechE, Part J,
J. Engineering Tribology (2009), 223, 949-958.
218 Tribología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Diseño de experimentos y su aplicación en la
investigación de la predicción del desgaste de
recubrimientos Ni-Cr-B-Si
A. GARCÍA, A. NORIEGA, J.L. CORTIZO, J.M. SIERRA, A. HIGUERA
Dpto. Construcción e Ingeniería de Fabricación. Universidad de Oviedo
garciamalberto.uo@uniovi.es
Este artículo presenta la aplicación del diseño de experimentos a la investigación
experimental predictiva del comportamiento a desgaste de recubrimientos Ni-Cr-B-Si
proyectados mediante plasma-spray y mallados. Este tipo de recubrimientos presenta una
elevada resistencia al desgaste, especialmente en contactos lubricados [1].
A partir de la experiencia del grupo investigador, el presente trabajo expone las ventajas
que ofrecen las técnicas de diseño de experimentos así como sus limitaciones o puntos
débiles en su aplicación al campo de la Tribología. Se apoya en los ensayos de desgaste
realizados en el Área de ingeniería Mecánica de la Universidad de Oviedo para
investigar el comportamiento de los citados recubrimientos en función de las
condiciones de contacto y de las condiciones geométricas del recubrimiento. Esta
investigación se encuadra en el proyecto de investigación MAT 2007-61777
Se analiza tanto el diseño de experimentos propuesto en la investigación [2], como los
resultados obtenidos en la misma. Se localizan los puntos más débiles del diseño de
experimentos y se exponen las soluciones o alternativas adoptadas para conseguir
obtener unos resultados satisfactorios para la predicción del desgaste de los
recubrimientos Ni-Cr-B-Si, con la máxima eficiencia posible, teniendo en cuenta las
características de los materiales ensayados, la duración de los ensayos, el elevado coste
que suponen los mismos y la propia variabilidad de los ensayos realizados, tanto por las
características de los materiales como por el propio método experimental empleado.
Referencias
[1] D. Felgueroso, R. Vijande, J.M. Cuetos, R. Tucho, A. Hernandez, Parallel laser
melted tracks: Effects on the wear behaviour of plasma-sprayed Ni-based coatings,
Wear, Volume 264, Issues 3-4, 4 February 2008, Pages 257-263, ISSN 0043-1648,
DOI: 10.1016/j.wear.2007.03.015.
[2] Robert O. Kuehl. Diseño de experimentos. Principios estadísticos de diseño y
análisis de investigación; ed. Thomson 2001; (capítulo 13)
Tribología 219 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Comparativa entre la ferrografía analítica y las
técnicas espectrométricas de análisis de aceites
lubricantes usados
L. MONTORO, T. PUJOL, J. VELAYOS, J.R. GONZÁLEZ
Dpto. de Ingeniería Mecánica y de la Construcción Industrial,
Escuela Politécnica Superior, Universitat de Girona
lino.montoro@udg.edu
En el mantenimiento predictivo de cualquier tipo de maquinaria lubricada, ya sean
motores de combustión, turbinas, transmisiones y engranajes o sistemas hidráulicos, una
de las herramientas de diagnóstico más ampliamente usada es la determinación de los
metales de contaminación y desgaste existentes en el aceite lubricante. Existen diferentes
técnicas y equipos que permiten dicho análisis, siendo la combinación de varias de ellas
la mejor forma de obtener un diagnóstico fidedigno de cuál es el estado de nuestra
máquina y qué factores están afectando a su funcionamiento. El objetivo final es alargar
al máximo la vida útil del equipo y reducir al mínimo el tiempo que tenemos no
disponible la máquina debido a tareas de mantenimiento.
Este trabajo presenta los estudios realizados para comparar de manera objetiva la
información proporciona por técnicas de análisis químico, principalmente la
espectrometría de emisión de plasma (ICP-OES) [1] frente a técnicas de análisis físico
de las partículas, siendo en este caso seleccionada la ferrografía analítica. [2,3]
Las muestras de aceite objeto del estudio proceden de maquinaria real de diferentes
industrias y extraídas siguiendo los correspondientes protocolos de muestreo
recomendados por los fabricantes de cada una de ellas. El análisis mediante
espectrometría de emisión ha sido efectuado en laboratorios externos debidamente
acreditados, además, de forma paralela y a fin de comparar resultados, se han realizado
en nuestras instalaciones análisis mediante espectrometría de absorción atómica de los
mismos aceites lubricantes. Los estudios ferrográficos se han llevado a cabo
íntegramente en las instalaciones de la Universitat de Girona, efectuándose
modificaciones sobre la técnica de ferrográfica tradicional con el objetivo de mejorar la
detección de partículas y agilizar el proceso analítico.
Los resultados finales han sido estructurados en función del tipo de maquinaria y de los
tipos de metales y partículas detectados, mostrando las ventajas e inconvenientes
observadas para cada una de las técnicas de diagnóstico empleadas.
Referencias
[1] Eisentraut, K. J., Newman, R. W., Saba, C. S., Kauffman, R. E., Rhine, W. E
Spectrometric oil analysis: Detecting engine failures before they occur. Analytical
chemistry. vol.56, núm. 9 , pág. 1086 -1094. 1984
[2] Scott, D.; Westscott V. C. Predictive Maintenance by Ferrography. Wear, Vol 44,
Issue 1 (pp 173-182). 1977.
[3] Myshkin, N. K.; Markova, L. V.; Semenyuk, M. S.; Kong, H.; Han, H.-G.; Yoon,
E.-S. Wear Monitoring Based on the Analysis of Lubricant Contamination by
Optical Ferroanalyzer. Wear 255 (pp. 1270-1275). 2003.
220 Tribología Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Efectos del uso de mezclas etanol-biodiesel-diesel
sobre la rugosidad superficial de algunas piezas de
un sistema de inyección common-rail
O. ARMAS, C. MATA
Departamento de Mecánica Aplicada e Ingeniaría de Proyectos, Universidad de Castilla-La Mancha
Octavio.Armas@uclm.es
S. MARTÍNEZ-MARTÍNEZ
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León
El presente trabajo estudia experimentalmente el efecto que produce el empleo de una
mezcla etanol-biodiesel-diesel (e-b-diesel) sobre la rugosidad de algunas piezas de una
bomba de alta presión de un sistema de inyección common-rail de un vehículo diesel
ligero, comparando con los efectos de un combustible diesel de bajo contenido en azufre.
El mezcla e-b-diesel está formada por 7.7% v/v de etanol, 27.69% v/v biodiesel y un
69.61% v/v de diesel. Para el estudio se han utilizado dos sistemas de inyección Bosch
iguales, uno para cada combustible. Cada sistema se compuso por una bomba de alta
presión (270 CDI), un common rail y un inyector piezoeléctrico. Los sistemas fueron
instalados en un banco de inyección de bombas y fueron sometidos a un test de
durabilidad acelerado de 600 horas (12 horas/día). Los parámetros de operación fueron:
1500 bar de presión de inyección, 2500 min-1 para el régimen de giro y un tiempo de
inyección de 1 ms, siendo estas condiciones de operación muy severas y equivalentes a
la conducción de un vehículo ligero a plena carga durante 120000 km. Para determinar el
efecto del trabajo con cada combustible comparando con las condiciones iniciales en
cada caso, se procedió a medir la rugosidad de las piezas más importantes de las bombas
utilizadas antes y después de cada ensayo de durabilidad. Este trabajo demuestra que el
empleo de una mezcla etanol-biodiesel-diesel, en las proporciones estudiadas, no
produce efectos significativos sobre la rugosidad de las piezas en comparación con los
que produce el diesel estudiado.
Tribología 221 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis comparativo del uso de la ecuación de
Euler y el estudio aerodinámico en máquinas axiales
A. CANTIZANO, E. ARENAS, L. MOCHÓN, A. ARENAS
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad Pontificia Comillas de Madrid (ICAI)
Alexis.cantizano@dim.icai.upcomillas.es
La ecuación que expresa la energía por unidad de masa intercambiada en el rodete de
una turbomáquina es la ecuación de Euler. Esta ecuación, incluso con sus restricciones,
revela gran parte de lo que sucede en el rodete, y se conoce como su ecuación
fundamental.
Ahora bien, la ecuación de Euler está basada en el estudio unidimensional del flujo, de
forma que se estudia el comportamiento de todo el flujo a través de una línea de
corriente representativa del conjunto. Esto es suficientemente válido cuando el flujo de
fluido es guiado por un elevado número de álabes, pero introduce fuertes errores cuando
el número de álabes es reducido, incorporándose en algunos casos factores de corrección
(coeficientes de disminución de trabajo). Por ello se ha generalizado el estudio de ciertas
turbomáquinas (principalmente las axiales, tanto hidráulicas, v.g. aerogeneradores, como
térmicas [1-4]) mediante el método aerodinámico, abandonando así el uso de la ecuación
de Euler.
El método aerodinámico abandona la hipótesis del método unidimensional en el que se
basa la aplicación de la ecuación de Euler. Los álabes no se consideran ya formando
conductos, sino que son perfiles de ala inmersos en el flujo. De esta forma, en máquinas
con alta velocidad específica, en las cuales la distancia entre los álabes es muy grande,
este punto de vista es el único admisible.
En este trabajo se evaluará la validez de la ecuación de Euler en turbomáquinas axiales,
en las que el estudio aerodinámico resulta más preciso. Se compararán las hipótesis y
restricciones establecidas en su aplicación, buscando sus conexiones desde el punto de
vista teórico y se tratará de establecer una metodología a seguir.
Referencias
[1] C.Mataix, Turbomáquinas hidráulicas, vol. 05, pp. 1718, 2009.
[2] C. Mataix, Turbomáquinas térmicas, pp. 1032, 1973.
[3] M. Muñoz Torralbo, M. Valdés del Fresno and M. Muñoz Domínguez,
Turbomáquinas Térmicas: Fundamentos Del Diseño Termodinámico. Madrid:
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, 2001, pp. 469.
[4] F. M. White, Fluid Mechanics, 5th. edition ed. McGraw-Hill, New York, 2004
222 Turbomáquinas y mecánica de fluidos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de tensiones deterministas en una bomba
centrífuga de doble aspiración
J. GONZÁLEZ, J. FERNÁNDEZ, K.M. ARGÜELLES, F.I. GUERRAS
Dpto. Energía. Universidad de Oviedo
aviados@uniovi.es
El flujo en turbomáquinas centrífugas está caracterizado por efectos tridimensionales
muy difíciles de medir experimentalmente. Así, las técnicas numéricas, cuya evolución
en aplicaciones de Mecánica de Fluidos ha sido muy importante en los últimos años,
constituyen una aproximación muy útil para el estudio del flujo en dichas máquinas.
En este artículo se presenta el análisis numérico del flujo en una bomba centrífuga de
doble aspiración (mostrada en la figura). Las particularidades más destacadas de estos
diseños son minimizar los esfuerzos axiales y permitir un mayor caudal de trabajo, según
se apunta en [1]. Se presentan resultados de una simulación numérica utilizando un
código numérico que resuelve las ecuaciones del flujo promediadas según los esfuerzos
de Reynolds (URANS).
Carcasa
externa
Rodete
Sección de
entrada
Se muestra la curva característica, comparándola con la medida experimentalmente y se
estudian distintas características del flujo en función del caudal de funcionamiento.
También se muestran los efectos estáticos y dinámicos, parte de los cuales fueron
estudiados en [2]. Así, se han encontrado variaciones de carga hidráulica bastante
importantes debidas al efecto de la falta de uniformidad del flujo para condiciones de
funcionamiento en las que aparecen ángulos de incidencia variables.
Finalmente, se realiza un estudio de tensiones deterministas del flujo en la máquina
buscando el efecto de la interacción entre el rodete y la lengüeta de salida. En realidad,
se observa el efecto tanto de dicha lengüeta como de las que hay en la aspiración. El
efecto combinado de ambas interacciones resulta crítico para comprender los fenómenos
presentes e interpretar de forma adecuada los campos no estacionarios en el interior de la
bomba.
Referencias
[1] C. Kyung, P. Pyun, C. Hyun, L. Sang, A study of flow analysis for a double suction
centrifugal pump, ASME-FEDSM-31180 (2002).
[2] J. González, J. Fernández, K. Argüelles, E. Blanco, Unsteady flow patterns for a
double suction centrifugal pump, J. of Fluids Eng., 124 (2009), 071102 1-9.
Turbomáquinas y mecánica de fluidos 223 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Modelo numérico para estudio del flujo en un
ventilador centrífugo de pequeñas dimensiones
J. GONZÁLEZ, D. RODRÍGUEZ, F.I. GUERRAS, J. FERNÁNDEZ, K.M. ARGÜELLES,
S. VELARDE, R. BALLESTEROS
Dpto. Energía. Universidad de Oviedo
aviados@uniovi.es
Este artículo presenta los resultados numéricos obtenidos para el flujo no estacionario en
un ventilador centrífugo con álabes curvados hacia delante, del tipo de los utilizados en
sistemas de aire acondicionado de vehículos de transporte colectivo. Este tipo de
ventiladores presenta características geométricas que condicionan el flujo en su interior.
El estudio realizado comprende el análisis de los campos fluidodinámicos no
estacionarios y el estudio de los campos promediados a la frecuencia de paso de álabe.
El ventilador centrífugo estudiado (ver figura) consiste en una unidad de dos rodetes
idénticos dispuestos simétricamente respecto a un motor de accionamiento, ambos con
23 álabes curvados hacia delante. Cada rodete está ubicado en el interior de una carcasa
espiral que presenta una salida útil al flujo de sección rectangular. Esta sección
rectangular pasa progresivamente a circular hacia el conducto de salida.
En este artículo se presentan los resultados obtenidos con la simulación numérica del
ventilador centrífugo utilizando un código CFD que resuelve las ecuaciones
tridimensionales de Navier-Stokes promediadas según las tensiones de Reynolds
(URANS). Para facilitar las posibles modificaciones geométricas del ventilador
analizado, el dominio de cálculo se ha dividido en varias regiones: entrada, rodete,
voluta y difusor (con conducto de salida). El principal objetivo es mostrar los resultados
numéricos obtenidos en las referencias fija y móvil, destacando las características del
flujo y su distribución a lo largo de la geometría.
Para validar los resultados del modelo numérico se realizó una caracterización
experimental del funcionamiento del ventilador. Parte de estos resultados experimentales
han sido publicados [1]. Las medidas indican que el caudal nominal está en torno a 0.098
m3/s y que la velocidad específica es ns = 1.9. Se concluye que el modelo numérico
reproduce con bastante precisión el comportamiento real del ventilador.
Referencias
[1] R. Ballesteros, F.I. Guerras, S. Velarde, J. Fernández, K. Argüelles, J. González,
Numerical model for the unsteady flow features of a squirrel cage fan, ASME
FEDSM09-78479 (2009).
224 Turbomáquinas y mecánica de fluidos Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Optimización de un modelo de turbulencia k-ε para
flujo incompresible alrededor de perfiles alares
D. LÓPEZ, I. FERNÁNDEZ DE BUSTOS, C. ANGULO, J. AGUIRREBEITIA
Departmento de Ingeniería Mecánica, Universidad del País Vasco
david.lopez@ehu.es
En flujos turbulentos con alto número de Reynolds el tamaño de los mayores remolinos
es a menudo del orden del millón de veces más grande que el de los más pequeños,
resultando imposible el coste de la Simulación Numérica Directa de las ecuaciones de
Navier-Stokes (DNS). Esto indica que los modelos de turbulencia seguirán siendo
imprescindibles por mucho tiempo. Desde los años setenta los modelos de turbulencia
más usados son los de tipo k-ε; estos modelos aproximan la turbulencia en función de la
energía cinética turbulenta k y de su tasa de disipación ε, mediante dos ecuaciones
semiempíricas cuyos coeficientes se ajustaron minimizando los errores sobre flujos muy
variados [1]. De esta manera, pueden darse grandes errores para algunos tipos de flujo en
particular, como es el caso del flujo incompresible con alto número de Reynolds
alrededor de perfiles alares. Esto puede verse comparando el resultado de la fuerza de
arrastre en perfiles NACA usando diferentes modelos k-ε sobre mallas de elementos
finitos, con experimentos en túnel de viento [2].
Lo anterior sugiere que se puede mejorar el comportamiento de los modelos de
turbulencia de tipo k-ε para este tipo de flujo optimizando sus constantes de cierre. Este
método debería también mejorar los resultados del modelo en problemas similares. Las
variables de búsqueda son los coeficientes de cierre, y la función a minimizar contiene
los errores en flujos alrededor de un grupo de perfiles a diferentes ángulos de ataque.
Posteriormente usando los coeficientes encontrados se analiza un grupo alternativo de
perfiles para comprobar si también mejoran los resultados. Ambos grupos de perfiles
incluyen una gran variedad de geometrías. Los resultados obtenidos muestran el interés
de la optimización de estos parámetros.
Referencias
[1] B.E. Launder, B.I. Sharma, Application of the Energy-Dissipation Model of
Turbulence to the Calculation of Flow Near a Spinning Disc. Letters in Heat and
Mass Transfer (1974), vol. 1, N. 2, pp. 131-138.
[2] I. H. Abbott and A. E. von Doenhoff. Theory of Wing Sections: Including a
Summary of Airfoil Data (Dover Books on Physics), 1959.
Turbomáquinas y mecánica de fluidos 225 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Técnicas de aplicación del método de los elementos
finitos en análisis de uniones metal-madera en
estructuras de madera
J.G. FUEYO, M. DOMÍNGUEZ, J.A. CABEZAS
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Salamanca
fueyo@usal.es
La madera como material estructural, no está tan extendido en nuestro país como el
acero y el hormigón, pero ha tenido un auge espectacular en los últimos años, debido a
sus ventajas medioambientales y estéticas. Las nuevas normativas europea [1] y española
[2] permiten diseñar sus estructuras. El desarrollo de la tecnología en este campo se basa
en la realización de pruebas y ensayos que durante siglos se han realizado en laboratorio
e incluso mediante el uso real. Ambos métodos resultan costosos. En las últimas décadas
la aparición de nuevas herramientas han adquirido importancia puesto que permiten
conocer la respuesta del sistema estudiado de una manera veraz, detallada, rápida y
barata. La aplicación de esta herramienta a la madera requiere tener muy presente sus
especiales propiedades mecánicas. Dos de las más importantes son la anisotropía y las
variaciones dimensionales debidas al cambio de humedad. Por otro lado, nos
encontramos que en las uniones metal-madera, los dos materiales son de
comportamientos totalmente distintos [3]. Para aprovechar toda el potencial que las
computadoras nos ofrecen, deben plantearse estudios paramétricos que muestren como la
modificación de una o varias variables afecta al sistema. El trabajo muestra de manera la
aplicación de estas particularidades a varios casos desarrollados mediante el programa de
elementos finitos ABAQUS y el lenguaje de programación PHYTON. La figura de la
izquierda muestra un ejemplo de modelo paramétrico para una viga entallada reforzada y
la de la derecha muestra sus resultados de tensiones al variar diferentes parámetros.
Sistemas
de
Cargas
Perno de acero
Tens,perp_fibra
(N/mm2)
Viga de madera
entallada
Condicione
s de
s1 (mm)
Fapriete (N)
La aplicación del método de los elementos finitos a las uniones metal-madera
requiere
una correcta modelización. Esto, combinado con técnicas de programación, permitirán la
obtención de resultados y conclusiones sobre las variables que más afectan al sistema.
Referencias
[1] European Committee for Standardization. Eurocode 5., Brussels, 2004
[2] Ministerio de la Vivienda. Estructuras de Madera CTE-SE-M. Madrid, 2006
[3] Bainbridge R.; Mettem C.; Harvey K.; Ansell M. (2002). Bonded-in rod connections
for timber structures-development of design methods and test observations.
International Journal of Adhesion & Adhesives 22 47-59
226 Uniones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio numérico de uniones adhesivas ante cargas
de impacto. Bonded Shock Project
M.C. SERNA, J.J. LÓPEZ, J.L. MARTÍNEZ
Instituto de Investigaciones Energéticas y Aplicaciones Industriales. Dpto. Mecánica Aplicada e Ingeniería de
Proyectos. Universidad de Castilla La Mancha. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales
MariaCarmen.Serna@uclm.es
J.A. GONZÁLEZ
División de Aeronáutica, Aeroespacial y Aerodefensa. ALTRAN Technologies
La seguridad frente a colisión en una aeronave puede definirse como la capacidad de la
misma para proteger a los ocupantes de resultar heridos en caso de impacto. El diseño de
determinadas estructuras de la parte inferior de la célula de pilotaje y cabina está
dominado por los criterios de seguridad frente a colisión. Estas estructuras están
formadas por la unión de piezas de materiales compuestos mediante procedimientos de
encolado/remachado. En este trabajo, se trata de optimizar la geometría de estas uniones
adhesivas para incrementar la cantidad de energía disipada durante el proceso de
desencolado del adhesivo debido al impacto. Para ello se presentan simulaciones
realizadas mediante el Método de Elementos Finitos que reproducen el comportamiento
de una unión adhesiva de dos piezas de material compuesto ante cargas de impacto. El
principal objetivo es definir el ángulo de la unión que le permita absorber a la misma la
mayor cantidad de energía posible en la colisión.
Referencias
[1] MIL-HDBK-17-3F. Department of Defense Handbook, Composite Materials
Handbook, Volume 3: Polymer Matrix Composites Materials Usage, Design, and
Analysis. 17 june 2002.
Uniones 227 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Metamodelo para la optimización de secuencias de
atornillado en uniones de torres de aerogenerador
M. ABASOLO, J. AGUIRREBEITIA, R. AVILÉS, I. FERNÁNDEZ DE BUSTOS
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad del País Vasco (UPV/EHU)
mikel.abasolo@ehu.es
Este trabajo presenta un metamodelo que permite estimar el fenómeno de interacción
elástica que se da durante el proceso de introducción de la precarga en las uniones
atornilladas de las torres de aerogenerador. Estas uniones tienen la particularidad de
tener un hueco entre las superficies de contacto de las bridas, lo que provoca que su
comportamiento sea no lineal. El metamodelo simula la rigidez de la unión mediante
cuatro parámetros cuyos valores se obtienen a partir de dos análisis lineales del modelo
de EF de la unión, a pesar del comportamiento no lineal del sistema. Mediante el
metamodelo se ha estimado la pérdida de carga de los tornillos debida a la interacción
elástica durante la secuencia de atornillado para varios casos, todo ello con un mínimo
coste computacional. Esto evita la necesidad de realizar costosas mediciones
experimentales o simulaciones no lineales de EF.
kk2u
2s
kk1s
1u
kk2i2l
kk1i1l
Además el uso del metamodelo ha posibilitado el desarrollo de una metodología para
optimizar la secuencia de atornillado, que calcula la carga inicial a introducir a cada
tornillo con el fin de que al finalizar dicha secuencia la unión quede uniformemente
precargada. La eficacia del metamodelo así como de la metodología basada en él ha sido
contrastada con la realización de una simulación de una secuencia de atornillado en un
modelo de EF.
Referencias
[1] J. Bickford. An Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints, 3rd
edition, ed. Marcel Dekker, (1995).
[2] G.D. Bibel, R.M. Ezell. Bolted flange assembly: Preliminary elastic interaction data
and improved bolt-up procedures, WRC Bulletin, 408. (1996).
[3] S.A. Nassar, Z. Wu, X. Yang. A new tightening methodology for gasketed joints
based on nonlinear finite element analysis, Proceedings of PVP. ASME, (2008).
228 Uniones Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis de las tensiones de contacto en ajustes por
interferencia con ranura circunferencial en el
agujero
M.A. LORENZO, J.C. PÉREZ, C. BLANCO
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Salamanca
mlorenzo@usal.es
Por su eficacia y por su fácil implementación en los procesos de fabricación, los ajustes
por interferencia o uniones a presión son, en la actualidad, ampliamente usados en la
industria para unir dos piezas con el objeto de transmitir un par. No es sorprendente, por
tanto, que una adecuada comprensión de los esfuerzos y deformaciones generados por
este procedimiento de unión sea de considerable importancia para su correcto diseño.
Expresiones para las distribuciones de las tensiones radiales y tangenciales en los dos
cilindros del ajuste pueden deducirse de la teoría de cilindros a presión basada en las
ecuaciones de Lamé [1]. Aunque, desde los primeros estudios experimentales, los
trabajos sobre este tipo de ajustes han ido dando resultados conducentes a un mayor
conocimiento del estado tensional de las piezas unidas [2], el comportamiento real de los
elementos mecánicos que intervienen en un ajuste depende de multitud de variables, lo
que dificulta la aplicación de los modelos teóricos.
Así, las discontinuidades en el contacto originan concentraciones locales de esfuerzos
que hacen no realista la suposición de una distribución uniforme de la presión y, por
ende, de las propias tensiones. De hecho, la componente radial presenta importantes
concentraciones sobre los límites del contacto de ambas piezas, aunque de forma más
acusada en el cilindro más corto (agujero). Estas concentraciones de tensiones pueden
limitar la duración en buenas condiciones del ajuste. Por ello, algunos autores han
propuesto varios métodos de diseño para reducir o eliminar las concentraciones de
tensiones y alargar la vida de los componentes de un ajuste forzado a presión. Entre
dichos métodos se encuentra realizar una ranura o muesca circunferencial en el agujero.
En este trabajo se analiza, utilizando el método de los elementos finitos, la influencia que
tienen los parámetros que definen la muesca sobre la distribución de las tensiones en
ajustes con ranura circunferencial en el agujero. La geometría de la ranura viene definida
por su radio rm y la posición x (distancia del punto E de contacto al centro de la muesca)
según se definen en la figura. Se ha encontrado que las concentraciones de tensiones
radiales en el contacto alcanzan un mínimo para determinadas relaciones de los
parámetros de muesca. A partir de este resultado, se establece un procedimiento general
que optimiza el estado tensional en el ajuste y, por tanto, facilita su diseño.
Referencias
[1] J.E. Shigley, & C.R. Mischke. Standard handbook of machine design, Ed. McGrawHill (New York, 1988), 17.13-17.14
[2] Y. Zhang, B. McClain, & X.D. Fang. Design of interference fits via finite element
method, International Journal of Mechanical Sciences, 42 (2000), 1835-1850
Uniones 229 Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Estudio empírico de mejora de uniones tipo clavija
en estructuras de madera mediante el empleo de
pernos encolados
M. DOMÍNGUEZ, J.G. FUEYO, J.L. HENARES, J.A. CABEZAS
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad de Salamanca
mdominguez1@usal.es
El objetivo principal de este estudio fue determinar los límites resistivos en uniones de
estructuras de madera del tipo clavija en flexión doble [1], en función de las variables
geométricas y de carga aplicadas, así como analizar la evolución de las deformaciones y
tensiones hasta alcanzar estos valores límite. Para ello se realizaron varias series de
ensayos de laboratorio sobre estos tipos de uniones estructurales a tamaño real [2]. Se
estudiaron tres variantes de la unión, a saber: 1) unión con bulón roscado, 2) unión con
adhesivo en la clavija y 3) unión con arandela-tuerca. Obtenidos los resultados de los
ensayos se procedió a compararlos con los valores que resultan de aplicar las ecuaciones
analíticas contempladas en el Código Técnico de la Edificación y en el Eurocódigo 5
para este tipo de uniones [3]. La siguiente figura es una muestra de la comparación de
algunos de los resultados de los ensayos para los diferentes tipos de unión propuestos.
45000
E. Adhesivo
E. Base
E. Arandela-Tuerca
Analítico
40000
35000
Carga (N)
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Extensión (mm/mm)
Las conclusiones alcanzadas es que cualquiera de las metodologías de unión propuestas
mejoran el rendimiento del nudo, aunque presentan una serie de desventajas tales como
el encarecimiento de la construcción del mismo u otras de tipo estético. El análisis de los
resultados permitirá decidir al diseñador si la mejoría es suficiente como para compensar
las desventajas. Resumiendo, los ensayos nos han permitido evaluar las posibilidades de
mejora y cómo puede ser optimizado el dimensionado resistente de este tipo de uniones.
Referencias
[1] J.L. González Fueyo, M. Domínguez. Design of connections with metal dowl-type
fasteners in double shear. Materials and Structures. (DOI 10.1617/s11527-0089389-3)
[2] I. Ariza López. El nuevo enfoque en los ensayos mecánicos de la madera aserrada
para uso estructural en la normativa europea. Madera y Bosques 8(2), 2002:3-16
[3] Comité Europeo de Normalización. Eurocódigo 5: Proyecto de estructuras de
madera. Parte 1.1: Reglas generales y reglas para la edificación. UNE ENV 1.9951-1
230 Uniones Índice de ponencias por autor
Primer autor Abasolo, M. Aginaga, J. Aguirrebeita, J. Aguirrebeita, J. Albizuri, J. Alcalá, E Alcalá, E. Alcalá, E. Algaba, M. Alonso, F.J. Altuzarra, O. Álvarez, M.A. Álvarez, V. Ansoategui, I. Ansoategui, I. Armas, O. Armendia, M. Arsuaga, M. Badea, F.M. Benítez, A.N. Bezzazi, M. Blázquez, J. Boyano, A.I. Brau, A. Buj, I. Callejo, A. Calvo, J.A. Camacho, A.M. 232 Título
Pag. Metamodelo para la optimización de secuencias de atornillado en uniones de torres de aerogenerador Análisis de las condiciones de pérdida de contacto en uniones con holgura en manipuladores paralelos Capacidad de carga estática generalizada en rodamientos de vuelco de contacto angular de 4 puntos Modelo detallado para análisis estático de conjuntos de rodamiento de vuelco Caracterización dinámica de máquinas‐herramienta en diferentes posiciones mediante subestructuras Caracterización de los carritos de transporte de niños para su uso en autobuses y autocares Validación de un modelo analítico de predicción del comportamiento de generadores de gas para sistemas de retención inflables Optimización topológica de estructuras reticuladas de nudos rígidos y sección variable Detección de daño en estructuras mediante la aplicación de la transformada wavelet a su deflexión estática Cálculo de esfuerzos musculares en la marcha humana mediante optimización estática‐fisiológica Análisis de indicadores cinemáticos para el diseño de manipuladores paralelos Análisis de la sensibilidad a las vibraciones del método de medición de tensión superficial mediante gota suspendida. Determinación de los parámetros óptimos en DIC
Estimación de errores de posición y velocidad en centros de mecanizado de cinco ejes Simulación de fresado mediante corte interrumpido en torno para medición de temperaturas en la herramienta de corte Efecto del uso de mezclas etanol‐biodiesel‐diesel sobre la rugosidad superficial de algunas piezas de un sistema de inyección common‐rail Análisis de la influencia del tratamiento térmico en la maquinabilidad de aleciones de titanio Mandrinado de formas interiores complejas en centro de mecanizado Optimización de uniones y estructuras de autobuses
Desarrollo de electrodos EDM a partir de fabricación aditiva y electroconformado Evaluación de los métodos aproximados del análisis de fiabilidad en el caso del diseño elástico de estructuras Aplicación de las transformadas de Hilbert a la dinámica de una pala de aerogenerador Nueva configuración de ensayo para análisis de modo mixto (I/II) de fractura interlaminar de composites Técnica de verificación de instrumentos de medición por coordenadas portátiles basada en plataforma multi‐registro Influencia del error de rectificado de los filos de la fresa sobre la rugosidad superficial obtenida en procesos de fresado de …
Diferenciación automática de fuerzas en la integración implícita de sistemas multicuerpo Propuesta de ensayo para verificar el ruido emitido por un vehículo automóvil Estudio sobre la influencia del rozamiento en operaciones de forja localizada‐incremental mediante simulación por elementos finitos 228 173 188 189 205 145 37 89 64 46 174 206 139 59 122 221 126 127 30 166 94 193 104 135 129 57 199 155 Índice de ponencias por autor Camba, C. Cambero, I. Caminero, M.A. Cantizano, A. Cardona, S. Carrascal, M.T. Castany, J. Ceccarelli, M. Chacón, E. Comportamiento frente al desgaste abrasivo de las fundiciones tipo silal con grafito esferoidal Virtualización de máquinas‐herramienta para uso docente en asignaturas relacionadas con fabricación mecánica Modelo de elasto‐plasticidad anisótropa basado en el criterio de fluencia de Hill con endurecimiento mixto: Algoritmo implícito de… Análisis comparativo del uso de la ecuación de Euler y el estudio aerodinámico en máquinas axiales Levas de anchura constante con palpador plano de rotación: síntesis de la ley de desplazamiento Estudio comparativo de un modelo de fractura vertebral entre ensayos mecánicos y simulaciones de modelos de elementos finitos Análisis experimental de la deformación postmoldeo por variación térmica Clasificación de manipuladores 3R en función del espacio de trabajo de Andrés, A. Resolución del problema TEHD puntual y su aplicación a la predicción del coeficiente de fricción Aplicación del método de las deformadas móviles a vías ferroviarias curvas Control de inclinación basado en un regulador PI de un sistema reconfigurable capaz de subir escaleras Análisis del funcionamiento de la transmisión hidrostática de un vehículo todo terreno de múltiples ejes Simulación termo‐mecánica de procesos de tratamiento superficial mediante ondas de choque generadas por láser Prototipo de motor de combustión
de Juan, A. Aplicación de Matlab al diseño de mecanismos
de la Flor, S. Análisis cuantitativo de las transformaciones de fase mediante DRX en aleaciones con memoria de forma NiTi Cálculo de la resistencia a la fatiga superficial en superficies con lubricación elastohidrodinámica mediante el criterio de Dang Van Atenuación de ruido en dispositivos de postratamiento de MCIA. Modelado analítico modal multidimensional Propuesta de programa de postgrado basado en la formación de ingenieros por rotación en empresas La opinión de los alumnos como herramienta para la mejora de la calidad docente en ingeniería mecánica Análisis y control de vibraciones en la pasarela del Museo de la Ciencia de Valladolid Efecto de la corrosión en la resistencia a la tracción de las aleaciones UNS A92024 y UNS A97075 Estudio del proceso electroless para el metalizado de modelos plásticos usados en electroconformado Un algoritmo con feedback energético para la simulación cinemática del movimiento de las proteínas Estudio empírico de mejora de uniones tipo clavija en estructura de madera mediante el empleo de pernos encolados
Predicción del coeficiente de fricción en contactos puntuales con lubricación elastohidrodinámica Sistema de estabilización del robot Pasibot
Chamorro, R. Chocoteco, J. Comellas, M. Correa, C. de la Guerra, E. Denia, F.D. Díaz, A. Díaz, A. Díaz, I.M. Díaz, J.E. Díaz, N. Díez, M. Domínguez, M. Echávarri, J. Escobar, M.E. Falcó, O. Felipe‐Sesé, L. Definición de un panel de laminado compuesto con rigidez variable y su ensayo virtual Sistema de bajo coste para la medida de formas en tres dimensiones Índice de ponencias por autor 212 72 143 222 210 48 168 171 215 95 176 32 154 207 83 111 100 198 84 85 194 108 161 60 230 218 178 91 130 233 Felipe‐Sesé, L. Fernández de Bustos, I.
Fernández, A. Fernández, A. Fernández, A. Ferreiro, L. Font‐Llagunes, J.M.
Font‐Llagunes, J.M.
Fortes, J.C. Fuentelsaz, J. Fuentelsaz, J. Fueyo, J.G. Gallegos, D. Gallegos, D. Galvín, P. Galvín, P. García, A. García‐Ballesteros, J.J.
García‐Berrocal, A.
García‐González, A.
García‐González, A.
García‐Plaza, E. García‐Vallejo, D.
Garitaonaindía, U.
Gil, R. Gómez, M.J. González, A. González, A. González, A. 234 Calibración de sistemas fotomecánicos mediante transformaciones perspectivas Optimización dimensional de mecanismos incluyendo objetivos de velocidades Banco de ensayos para el estudio del comportamiento dinámico de trenes de engranajes epicicloidales Torno‐fresado ortogonal como proceso alternativo al torneado a punta de cuchilla Taladrado por fricción de tubos de acero inoxidable
Correlación entre los resultados obtenidos mediante diversas técnicas de ensayo de desgaste Diseño de una órtesis activa para ayuda a la marcha de lesionados medulares Análisis dinámico de impactos en sistemas mecánicos de topología variable Los ECTS y la percepción del cambio metodológico en ITI Mecánica (EPS‐UHU) Desarrollo de software de simulación para la optimización de la fabricación de colectores de motores eléctricos por moldeo por… Análisis comparativo del comportamiento dinámico de sistemas de actuación de acumuladores de monedas de baja tensión Técnicas de aplicación del método de los elementos finitos en análisis de uniones metal‐madera en estructuras de madera Desarrollo de una herramienta para sistemas de ayuda avanzada a la conducción en intersecciones Análisis de variables geométricas del parachoques en la protección de peatones Enseñanza de Teoría de Estructuras mediante el diseño, cálculo, construcción y ensayo de modelos Identificación dinámica de puentes de Sevilla mediante sus respuestas a cargas de servicio Diseño de experimentos y su aplicación en la investigación de la predicción del desgaste de recubrimientos Ni‐Cr‐B‐Si Pérdidas eléctricas asociadas a procesos de interconexión con láser en dispositivos de lámina delgada El rozamiento de las barras de control de una central nuclear como índice del mantenimiento predictivo Evaluación de Redes Neuronales Artificiales como sistema de localización de daños estructurales basado en parámetros modales Comportamiento dinámico de una audioprótesis coclear acoplada a un modelo tridimensional de cóclea Fusión de sensores para la monitorización on‐line del acabado superficial en mecanizado automatizado Simulación de la marcha humana mediante optimización paramétrica Análisis mediante simulación numérica de implantes dentales con microrrosca Análisis del proceso de Electro Discharge Milling Inverso para la fabricación de microejes Evaluación de la adaptabilidad mecánica de los robots en entornos humanos
Evolución de los niveles de emisiones contaminantes con la antigüedad del vehículo Estudio comparativo de los resultados de la ITV en ciclomotores respecto a otros vehículos Diseño paramétrico de instrumental de cirugía laparoscópica en base a criterios biomecánicos y ergonómicos 137 208 191 160 163 211 52 185 86 169 136 226 36 39 75 195 219 170 67 66 54 164 40 55 162 187 34 146 56 Índice de ponencias por autor González, I. Estudio de la estabilidad lateral del robot cuadrúpedo LEBREL
175 González, I. Diseño óptimo del valor nominal y las tolerancias de un conjunto de variables correladas Análisis de tensiones deterministas en una bomba centrífuga de doble aspiración Modelo numérico para estudio del flujo en un ventilador centrífugo de pequeñas dimensiones Ciclo térmico de aceros microaleados de alta resistencia 450 EMZ tipo II en el simulador de soldadura Estudio del comportamiento de módulos de autobuses fabricados en materiales compuestos ante ensayo de vuelco Dynamics simulation of operation for a clutched arm
131 González, J. González, J. González‐Palma, R.
Grimaldi, R. Gu, H. Gutiérrez, M.A. Henríquez, V. Hernández, J.M. Hernández, P.M. Herranz, G. Herrero, A. Hidalgo, A.F. Higuera, A. Higuera, A. Hosseinnia, S.H. Huerta, M.M. Huerta, M.M. Huertas, J.L. Iriarte, X. Jiménez, F. Jordi, L. Lafont, P. Lagos, R.F. Lavín, C.E. Liang, C. López de Lacalle, L.M.
López, A.I. Uso de un gestor documental para la codirección de proyectos fin de carrera de alumnos ERASMUS Impacto de las fórmulas de competición interuniversitaria en la formación académica Aspectos a considerar en la mejora de modelos de elementos finitos en máquinas herramienta mediante datos procedentes del análisis… Actividades formativas del Grupo de Innovación Educativa en Ingeniería de Fabricación de la ULPGC Comportamiento frente al desgaste de la aleación Ti6Al4V nitrurada con energía solar concentrada Modelización numérica del problema térmico en micro‐WEDM Introducción de funciones BLAS y matrices Sparse en la dinámica de sistemas multicuerpo Comportamiento tribológico de una aleación NiCrBSi texturizada mediante láser Nd‐YAG Influencia de los parámetros de un láser Nd‐YAG en el texturizado de una aleación NiCrBSi Simulación del control híbrido de un modelo simplificado de órtesis activa para ayuda a la marcha Construir un Mecano ¿Sólo es un Juego de niños?
Calefacción urbana o de distrito, ¿un sistema energéticamente más sostenible? Obtención de una trayectoria espiral para mecanizar con herramienta esférica superficies STL partiendo de su contorno Parámetros base de robots modelados con fricción
Optimización multicriterio de la velocidad de un vehículo de carretera Evaluación de la severidad de un plano en la superficie de rodadura de las ruedas de un tren Caracterización del comportamiento reológico de lubricantes mediante ensayo en tribómetro Simulación del comportamiento dinámico de vehículos ferroviarios a su paso por desvíos. Influencia de parámetros Respuesta experimental y simulada de una chimenea industrial sin y con TMD bajo la acción del viento Modeling and simulation of a waist‐trunk system with mass payloads Taladrado profundo para la manufactura de partes estructurales monolíticas Constitución de una red marítima en onda media capaz de albergar el tráfico necesario para la identificación de buques que naveguen por… Índice de ponencias por autor 223 224 110 33 183 87 88 202 81 113 165 58 216 217 43 80 149 125 182 31 68 214 98 192 45 119 144 235 López, D. López, J. López, J. López, M. López, V. López‐Alba, E. Lorenzo, M.A. Luaces, A. Lucas, M. Majarena, A.C. Manjabacas, M.C.
Marín, J.M. Marín, N.C. Martel, O. Martín, A.L. Martín, F. Martín, R. Martínez, F.J. Martínez, S. Martínez‐González, E.
Mata, F. Meneses, J. Meroño, P.A. Miguel, V. Molpeceres, C. Moltalvo, C. Montoro, L. Montoro, L. Morales, A.L. 236 Optimización de un modelo de turbulencia k‐e para flujo incompresible alrededor de perfiles alares Interfaz háptica para tareas de manipulación
225 Análisis modal operacional de encoders ópticos lineales mediante vibrometría láser de efecto Doppler La librería de código abierto Sundials en la resolución de sistemas multicuerpo Modelización del error de posicionamiento en una máquina‐
herramienta de control numérico y su influencia sobre la geometría… Análisis de deformaciones en probetas planas mediante correlación digital de imágenes Análisis de las tensiones de contacto en ajustes por interferencia con ranura circunferencial en el agujero Interacción virtual con sistemas mecánicos mediante técnicas de dinámica multicuerpo Estudio del comportamiento térmico de un aero‐refrigerador con pre‐enfriamiento adiabático Identificación de parámetros cinemáticos de una plataforma paralela pan‐tilt basada en cinemática inversa y directa Evaluación del proceso de embutición de copas mediante parámetros de redondez y de cilindridad Evolución térmica en rodamientos con defectos localizados. Análisis en régimen transitorio Efecto de la deformación del material en la dirección del filo en simulaciones numéricas 3D de procesos de corte ortogonal Determinación del modelo de hueso artificial adecuado para la evaluación de los sistemas de fijación de injerto de Ligamento… Análisis experimental del oleaje en camiones cisterna
203 Optimización de módulos en la aplicación del Teorema del Límite Superior en procesos de forja Análisis cinemático y cinético de la articulación de la rodilla en maniobras de alta demanda: bajada escalones, quiebro y vuelta Herramienta para el cálculo computacional de sistemas antivibratorios Simulación del proceso de temple por láser en piezas de geometría compleja Aplicación de Emisión Acústica (EA) al estudio del comportamiento micro‐mecánico de los AHSS Response surface methodology (RSM) analysis approach to model experimental data of machining of plastic composites Influencia del par de orden superior pie‐suelo en la cinemática y dinámica del bípedo “PASIBOT” Análisis comparativo de técnicas de procesamiento de señales de vibración para la detección de fallos en engranajes Aplicación del método de las tensiones locales con hipótesis de deformación plana para la evaluación de fuerzas en embutición… Procesos láser en dispositivos fotovoltaicos de silicio en lámina delgada Obtención por medio de análisis de ruido del cuarto polo de un sensor capacitivo de presión Interacción fluido‐estructura: ejemplo docente
Comparativa entre la ferrografía analítica y las técnicas espectrométricas de análisis de aceites lubricantes usados Estudio de la influencia de la incertidumbre en el control activo con materiales inteligentes 179 62 128 138 229 61 150 186 157 71 124 50 35 156 51 201 115 105 121 177 65 158 151 197 77 220 200 Índice de ponencias por autor Moratilla, B.Y. Moreno, R. Muñoz‐Abella, B. Muñoz‐Guijosa, J.M.
Nieto, A.J. Noriega, A. Ojeda, J. Oliva, M.A. Ordóñez, A.J. Adecuación de las políticas legislativas a la penetración de la tecnología eólica en España y las implicaciones del posible cambio… Monitorización y procesamiento de señales vibratorias en vehículos para la prevención de exposición en humanos y detección de fallos… Detección e identificación de fisuras de frente semielíptico en ejes mediante la aplicación de algoritmos genéticos Desarrollo de un sistema de ensayo de grandes deflexiones para vigas tipo sándwich que trabajan a flexión pura Simulación y aislamiento de la respuesta vibratoria de un vehículo ante perturbaciones transitorias Generalización analítica del método gráfico de Norton para la síntesis dimensional de una diada impulsora Función objetivo en problemas de redundancia muscular. Aspectos biológicos y computacionales La Shell Eco‐Marathon, una experiencia docente
148 204 70 93 196 209 47 79 Prieto, J.J. Selección del nivel de descomposición WPT mediante el análisis de la sensibilidad de la energía relativa Wavelet Análisis de la precisión de una rectificadora mediante elementos finitos Efectos del error en las mediciones de la fuerza de contacto pie‐suelo en el análisis dinámico inverso de la marcha humana Validación experimental de la dinámica de un robot flexible de tres grados de libertad constituido por un pantógrafo de 5 barras Comparación de leyes de control para la predicción dinámica del movimiento humano usando bases de datos Triaxialidad en probetas SPT entalladas: efecto de la geometría, configuración, temperatura y proceso de fabricación Diseño a rigidez de árboles escalonados mediante Mathematica®: un trabajo no presencial en el ámbito del EEES Un procedimiento para la obtención de espacios de trabajo basados en criterios estructurales Docencia de conceptos de ingeniería mecánica para alumnos de diversa procedencia utilizando LEGO Influencia de los parámetros del proceso SAW multipasada en el valor del CTOD de un acero HSLA La Certificación LEED, cómo cumplir con un conjunto de normas para la sostenibilidad en el proyecto de ingeniería Análisis de la geometría y actuación de bogies en vehículos para superación de obstáculos en pendiente La ingeniería mecánica en el descubrimiento de América
Pujol, T. Evolución tecnológica en los molinos hidráulicos de rodete horizontal 142 Rodríguez, A. Aplicación del bruñido con bola para el acabado de superficies complejas en máquinas multieje Comportamiento tribológico del acero AISI H13 mecanizado por electroerosión (EDM) Comprobación experimental de la optimización en peso de vigas tipo sándwich sometidas a flexión pura Esquemas de integración acelerada del desgaste en problemas de rodadura cuasi‐estacionaria mediante el método de los elementos… Nuevas metodologías docentes para la enseñanza de estructuras aeronáuticas Innovación y mejora docente en el ámbito de la enseñanza de estructuras metálicas Trayectorias de tiempo óptimo para robots con restricciones de par, sobreaceleración y energía consumida 159 Ortega, N. Pàmies‐Vilà, R. Partida, G. Pasciuto, I. Peñuelas, I. Pérez, J.C. Pinto, Ch. Porras, J. Portela, J.M. Portela, J.M. Potau, X. Rodríguez, G.P. Rodríguez, V. Rodríguez‐Tembleque, L.
Rodríguez‐Tembleque, L.
Rodríguez‐Tembleque, L.
Rubio, F.J. Índice de ponencias por autor 63 120 42 180 41 103 73 172 76 109 147 99 141 116 90 213 74 78 184 237 Rubio, F.J. Tren de engranajes planetarios tipo “Cyclo”
Rubio, L. Análisis de las señales de propagación de ondas en ejes fisurados Rubio, P. Estudio temporal del factor de intensidad de tensiones en un eje fisurado Análisis del error relativo en KII en problemas de contacto en caras de grieta mediante X‐FEM Sistema de monitorización simultánea del desgaste del flanco y la rugosidad superficial en torneado en seco Estudio de la maquinabilidad por medio del análisis de las fuerzas de corte y del análisis termográfico Microprocesado láser para contactado frontal de células solares basadas en silicio cristalino Optimización del perfil de rodadura de una rueda de ferrocarril considerando su conicidad equivalente Comparación de estándares internacionales de verificación de brazos articulados de medición por coordenadas: ASME B89.4.22‐2004… Análisis de datos de frenada de un vehículo sobre banco de rodillos de ITV y suelo plano variando el peso en el eje delantero y la… Estudio numérico de uniones adhesivas ante cargas de impacto. Bonded Shock Project Estudio de microimplantes en ortodoncia mediante elementos finitos y la aplicación práctica en pacientes Predicción de la geometría del cordón en procesos de aporte mediante láser Evaluación de las propiedades mecánicas de recubrimientos realizados por plaqueado láser en Inconel 718 Predicción de tensiones residuales en el tornado de Inconel 718 Sabsabi, M. Salgado, D.R. San Juán, M. Sánchez‐Aniorte, I.
Santamaría, J. Santolaria, J. Senabre, C. Serna, M.C. Suárez, A.A. Tabernero, I. Tabernero, I. Torrano, I. Travieso, J.A. Ukar, E. Urizar, M. Valero, A. Vallejo, J. Vázquez, J. Vázquez, J. Veguería, E. Vila, P. Villanueva, S.A. Villeta, M. Yagüe, J.A. Yánez, A. Estudio del proceso de Bruñido con bola para la mejora de acabado superficial en superficies convexas Modelo térmico láser con transformaciones intermedias en calentamiento Transiciones entre soluciones del problema directo en el espacio articular del manipulador 3‐RPR analítico Comparación de dos métodos globales de reconstrucción del movimiento basados en coordenadas naturales y relativas Criterio de aceptación estática de rodamientos de vuelco de contacto angular de 4 puntos frente a cargas axiales, radiales y de momento Comportamiento del shot y laser peening frente a la fatiga por fretting Predicción en fatiga por fretting incluyendo tensiones residuales Un procedimiento para la optimización de topología de mecanismos flexibles térmicos Estimación de la corrugación en carriles ferroviarios mediante modelos dinámicos avanzados La obtención de tecnología como método de aprendizaje para estudiantes de ingeniería mecánica Acotación bilateral para la razón tolerancia incertidumbre basada en el índice ICC Calibración de sensores 2D en alto rango de temperaturas
Estudio biomecánico de un nuevo sistema para mejorar la fijación de tornillos corticales en huesos osteoporóticos 140 69 106 107 118 123 153 96 134 38 227 53 152 114 117 167 112 181 44 190 101 102 92 97 82 133 132 49 238 Índice de ponencias por autor Lista de participantes