tecnologia_mecatronica

8/6/2019 tecnologia_mecatronica

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Mecatrnica

Paola Andrea Ruiz RojasPeriodista Metal Actual

Revolucin para el siglo XXI

La mecatrnica esuna ciencia capaz deaplicar y administrar

novedosos sistemasde alta calidad paradar soluciones alas necesidades delpas y contribuir conel desarrollo de lahumanidad.

TECNOLOGA

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Catalogada por mu-chos, como el matri-

monio perfecto entrela mecnica y la elec-trnica, la mecatrni-ca ha demostrado porcasi tres dcadas, quees mucho ms que la simple unin de dosingenieras.

Foto: Metal Actual.

La mecatrnica - palabra acrnimo de mecnica y elec-trnica -, inunda casi todos los aspectos de la sociedad.Actualmente las mquinas, equipos, electrodomsticosy unidades informticas son concebidos desde unaperspectiva mecatrnica. Es decir, son sistemas que mez-clan en su funcionamiento, componentes mecnicos yelectrnicos. La sinergia entre dichas reas busca crearproductos inteligentes, con mejores cualidades respectoa los dems, capaces de procesar paralelamente diversasinformaciones para optimizar el funcionamiento, mejorarla productividad y el desempeo.

Por tratarse de un trmino recientemente acuado anno se conoce una definicin nica sobre el mismo. Sinembargo, para la gran mayora, la mecatrnica es b-sicamente, la combinacin adecuada de la ingeniera


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mecnica, electrnica, informticay de control, aunque esta ltima, semenciona poco, ya que usualmenteest combinada con alguna de lastres anteriores.

La integracin interdisciplinaria es

sin lugar a dudas, el recurso ms im-portante que posee esta nueva tec-nologa, y la que le da el valor agre-gado respecto a otras que manejanconceptos similares. Los sistemas queconvergen en la mecatrnica son:

Sistema mecnico: encargado dela generacin de fuerzas (moto-res, turbinas etc.)

Sistema electrnico: partes yprocesamiento de seales elec-trnicas.

Sistema programable y de con-trol: control de procesos (PLC).La teora de control est basadaen la controlabilidad, a travs delanlisis lgico, de una situaciny/o sistema, con el fin ltimo demaximizar los beneficios de estospara la ciencia y la humanidad.El objetivo es eliminar toda in-certidumbre y tener certeza delsistema para mejorarlo.

Historia y evolucin

A medida que la humanidad avanza,lo hacen tambin las ciencias. Losconocimientos, las tcnicas y los nue-vos equipos son desarrollados para

enfrentar y solucionar los problemasque afectan al hombre.

El primer gran avance tecnolgicoaplicado a la produccin se dio en laRevolucin Industrial segunda mi-tad del siglo XVIII y principios del XIX, periodo en el cual, entre otras co-sas, fue aplicado el conocimiento y latecnologa existente para desarrollarnuevas y mejores maquinas, dismi-nuyendo costos, agilizando procesose industrializando la manufactura.Despus de la industrializacin y gra-cias a los aportes de la electrnica yla informtica, la industria desarrollnuevos mtodos y perfeccion otros.La bsqueda de soluciones para en-frentar los crecientes retos entregcomo resultado nuevas ideas, sabi-dura e ingenieras.

Aunque no existe una fecha exactaa la que se pueda adjudicar el naci-miento de la mecatrnica, expertos yconocedores del tema aseguran, que

Manipulador en construccin, proyec-

to de curso UMNG (Der) y ruteadora

CNC experimental, proyecto estudian-

tes Ingeniera Mecatrnica Univer-

sidad Nacional. (Izq). La ruteadora

est siendo probada actualmente en

parafina, pero se espera pueda ser

utilizada de forma industrial

esta ingeniera naci en la dcada de1980, sin embargo, el libro Inform-tica i un enfoque constructivista,afirma que el concepto mecatrnica,fue desarrollado hace 15 aos, poruna firma japonesa fabricante de ro-

bots, y aunque en un principio haciareferencia solamente a la integracinde la mecnica y la electrnica enun producto, paulatinamente se fueconsolidando como una especialidadde ingeniera, en la que adems de lasdos reas mencionadas, tambin seincorporaron elementos importantescomo los sistemas informticos, mi-croelectrnica, inteligencia artificialy teora de control.

Para el Ingeniero Luis Llano, direc-tor del programa de mecatrnicade la Universidad Militar NuevaGranada, la mecatrnica nace parasuplir tres necesidades latentes; laprimera, encaminada a automatizarla maquinara y lograr as procesosproductivos giles y confiables; la se-gunda crear productos inteligentes,que respondan a las necesidades delmundo moderno; y la tercera, porcierto muy importante, armonizarentre los componentes mecnicosy electrnicos de las mquinas, ya

que en muchas ocasiones, era casiimposible lograr que tanto mecnicacomo electrnica manejaran los mis-mos trminos y procesos para hacero reparar equipos.

Segn Llano, en el pasado, cada vezque un problema afectaba cualquiertipo de maquinaria con componentesmecnicos y electrnicos, haba querecurrir por separado a profesionalesespecialistas en cada una de las reas,y era muy difcil ponerlos de acuerdosobre la solucin del inconveniente,ya que cada profesional manejabaterminologa y conceptos diferentes.

En este punto, la mecatrnica em-pez a ser de gran utilidad, ya queintegr de manera armoniosa losconceptos que cada ciencia mane- jaba por separado, para lograr deesta forma, convertirse en una in-geniera capaz de aportar lo mejorde cada rea.

TECNOLOGA

Foto: Metal Actual


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La mecatrnica ha evolucionado enla medida que se han podido integrar

los avances logrados por sus diversoscomponentes. A pesar de que nose puede hablar de fechas exactas,el crecimiento de la mecatrnicaha sido evidente. Histricamenteel proceso se divide en tres etapasbsicas que son

Primera etapa: Finales de 1978 comienzo de 1980. Fue el periodoen el cual se introdujo el trminoen el medio industrial, y se buscsu aceptacin. En esta etapa, cada

una de las ingenieras que ahoraabarca la mecatrnica se desarro-llaba independientemente.

Segunda etapa: Dcada de 1980.Inicia la integracin sinrgica delos componentes actuales (mec-nica, electrnica, informtica), seconsolida la interdisciplinariedadde la nueva ciencia y se acua eltrmino a partir de la experienciainicial en Japn.

Tercera etapa: Finales de la dca-

da de 1980 Dcada 1990. Dichoperiodo puede considerarse comoel que inicia la era de la mecatr-nica, y se basa en el desarrollo dela inteligencia computacional ylos sistemas de informacin. Unacaracterstica importante de estaltima etapa es la miniaturizacinde los componentes en formade micro procesadores y microsensores, integrados en sistemasmicro electromecnicos o en mi-

Habilidadespersonales y de trabajo

MECATRNICA

Mecnica Electrnica

Informtica

Ciencia interdisciplinaria.

cro mecatrnica. Actualmente laera digital dirige el rumbo de lamecatrnica, aplicada al desarro-llo de software y hardware paracomputadores, de mquinas ysistemas inteligentes, y de auto-

matizaciones industriales.

Mecatrnica hoy

Televisores, sistemas de fax, cmarasfotogrficas, impresoras, lavadoras,microondas, vehculos automticos,robots, maquinaria automatizada ca-paz de funcionar por s sola y realizardiferentes tareas, son slo algunas delas soluciones que se fabrican graciasa la aplicacin de la mecatrnica. Laintegracin de ms de una disciplinaen la creacin de un producto, permi-te que ste sea desarrollado con unnivel de inteligencia importante.

Segn la lista, publicada por la revistaTechnology Review MIT, sobre lasdiez nuevas tecnologas que cambia-rn al mundo en el siglo XXI, la inge-niera mecatrnica se haya ubicadaen la posicin cuatro del escalafn,despus del estudio de redes de sen-sores sin cables, la ingeniera inyec-table de tejidos y la construccin de

nano-clulas solares. La mecatrnica

est en el top diez por su importanciarespecto al aporte tecnolgico queimplica la sinergia de varias ramasdel saber, para enfrentar los grandesproblemas de la humanidad.

Los nuevos procesos industriales

que requieren a diario de la imple-mentacin de nuevas tecnologas, lanecesidad de agilizar la produccinen general, bajo los estndares deuniformidad y calidad, as como laoptimizacin de los recursos tantofsicos como humanos, ha permitidoque la ingeniera mecatrnica ganecada vez ms espacios y adeptos.

Gracias a la mecatrnica y su desarro-llo, en las ltimas dcadas por ejem-plo, los pases altamente industrializa-

dos como Estados Unidos y Alemania,han podido contar con un ritmo decrecimiento cada vez ms aceleradodebido a la implementacin de lasmquinas de control computarizado,que han permitido, mejorar eficaz-mente la produccin. De igual forma,los robots, los sistemas flexibles deautomatizacin, as como los siste-mas de automatizacin integrada dela produccin (computer integradmanufacturing CIM), han permitidosustituir en un alto porcentaje, la

fuerza laboral no calificada.

Robot antropomorfo, creado por un grupo de estudiantes de Inge-

niera Mecatrnica de la Universidad Militar Nueva Granda. Este

proyecto puede adaptarse para trabajo industrial.

Foto:MetalActual

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reas donde la mecatrnicacontribuye

Automatizacin Industrial

Biomecnica

Control InteligenteControl Numrico Computarizado

Diseo asistido por computadora

Manufactura asistida porcomputadora

Medicina

Microprocesadores Microcontroladores

Redes de Comunicacin Industrial

RobticaSistemas Flexibles de Manufactura

Clich por superar

Como explica Germn Acevedo, inge-niero electrnico, la desinformacinrespecto al trmino mecatrnica, hallevado a que simplemente se esterio-tipe la profesin, como la encargadade hacer robots y elementos extraosde poco uso o nada funcionales, cuan-do realmente su objetivo, es lograrque las mquinas y equipos que sefabrican en la actualidad, respondana las necesidades de los consumidoresy de la industria en general.

Es importante tener en cuenta, quetoda la maquinaria y los productoshechos mediante procesos mecatr-nicos, poseen sistemas mecnicos quemediante sensores, controladores ymicroprocesadores, reciben seales

para luego procesarlas y mediantela informacin obtenida generanfuerza y movimiento.

Dichos sistemas estn divididos en:

MEMS: sistemas micro electrome-cnicos.

NEMS: sistemas nano electrome-cnicos.

CONVENCIONALES: mecnicos,tele operacionales, .de control,digitales, termoelctricos, etc.

Los sistemas mecatrnicos poseenlos siguientes elementos claves:

Modelacin de sistemas fsicos:optimizacin de equipos, moder-nizacin de maquinaria.

Sistemas de automatizacin: con-trol lgico programable, PLCs(1),simulacin.

Sensores y Actuadotes: los senso-res son transductores (convierteun tipo de energa a otra) quemiden cierto tipo de energa, unavez detectada se convierte enimpulsos elctricos que son capta-das por las mquinas de control.Esta informacin la utilizan los

operadores lgicos o bien puedeser analizada por un ser humano.Ejemplos: sensores de temperatu-ra: termopar, termistor; sensoresde contacto: final de carrera;sensores de imagen digital (foto-

grafa): CCD o CMOS. Sistemas de Control de Procesos:

sistemas Elctricos y Electrnicos,sensores y actuadores.

Computadoras y sistemas lgicos:procesamiento de Informacin,Interfases, diseo asistido porcomputadora.

Software y adquisicin de datos:programacin, Obtencin de da-tos fsicos, Procesamiento Digitalde Seales.

Inteligencia artificial-robtica:produccin de Maquinaria Inte-ligente.

Tecnologas de la Informacin

Industrializacin

La nueva era mecatrnica ha logradogenerar mediante la fusin acertadade los principios que la rigen, mqui-nas herramientas computarizadas, sis-

temas flexibles de produccin y robotsaptos para intervenir en los diferentesprocesos productivos industrializados.Los principales aportes y adelantos enautomatizacin y robtica han permi-tido que los procesos de fabricacinindustrial alcancen diferentes nivelesy grados. De hecho los robots son bue-nos ejemplos del aporte de la mecatr-nica a la industria, ya que gracias a suintegracin en varias reas se agilizanlos procesos y se desarrolla una mseficiente produccin en serie.

Segn la organizacin internacio-nal para la estandarizacin ISO, eIrobot industrial es un manipuladormultifuncional, reprogramable, deposiciones o movimientos autom-ticamente controlados, con variosejes, capaz de manejar materiales,partes, herramientas o instrumen-tos especializados a travs de mo-vimientos variables programadospara la ejecucin de varias tareas.

TECNOLOGA

Hexpodo, o

araa de seis patas.

Proyecto diseado

y construido por

estudiantes de

mecatrnica de la

UMNG.

Foto: Metal Actual


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Con frecuencia tienen la aparienciade uno o varios brazos que terminanen una mueca; su unidad de controlutiliza un sistema de y algunas vecespuede valerse de instrumentos sen-sores y adaptadores que responden

a estmulos del medio ambiente y suscircunstancias, as como las adapta-ciones realizadas. Estas mquinasmultifuncionales son generalmentediseadas para realizar funcionesrepetitivas y pueden ser adaptadosa otras funciones sin alteracionespermanentes en el equipo.

Teniendo en cuenta lo anterior, sepuede afirmar, que los avances de lamecatrnica, especficamente en elrea de robtica, ayudan a la indus-tria en varios aspectos:

Fundicin en molde (die-casting):esta fue la primera aplicacinindustrial.

Soldadura de punto: utilizada enla industria automotriz

Soldaduras de arco: no requierede modificaciones sustanciales enel equipo de soldadura y aumentala flexibilidad y la velocidad.

Moldeado por extrusin : degran Importancia por crecientela demanda de partes especia-lizadas de gran complejidad yprecisin.

Forjado (Forglng): la principalaplicacin es la manipulacin departes metlicas calientes.

Aplicaciones de prensado (presswork): partes y

panales de vehcu-

los y estructuras de aviones, elec-

trodomsticos y otros productosmetalmecnicos. Esta es un reade rpido desarrollo de nuevostipos de robot.

Pinturas y tratamiento de superfi-cies: el mejoramiento de las condi-ciones de trabajo y la flexibilidadhan sido las principales razones parael desarrollo de estas aplicaciones.

Moldeado plstico: descarga demquinas de inyeccin de moldes,carga de moldes, paletizacin yempaque de moldes, etc.

Aplicaciones en la Fundicin: cargay descarga de mquinas, manejode materiales calientes, manejo demoldes, etc.

Carga y Descarga de MquinaHerramientas: los robots aumen-tan la flexibilidad y versatilidadde las mquinas herramientas ypermiten su articulacin entresi. Contribuyen a la reduccin destocks, minimizan costos del tra-bajo directo e indirecto, aumen-tan la calidad de la produccin.

Diversas aplicaciones industrialesimplican la clasificacin de los ro-bots en cuatro tipos de operacionesefectuadas:

Robots para manejo de materiales:carga y descarga de mquinas he-rramienta, moldeado de plstico.

Laboratorio de Automatiza-

cin: Esta mquina construi-

da por una empresa lder en

automatizacin en Colombia,

simula el proceso de produc-

cin de una industria.

Foto:MetalActual


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La academia y la investigacin en colombia

La carrera de Ingeniera Mecatrnica, es relativamente nueva, por pri-

mera vez, se ofreci en 1993, en Escuela Universitaria de Bochum enAlemania. A Colombia, lleg hace ya casi 11 aos y fue precisamentela Universidad Militar Nueva Granada, la primera institucin de educa-cin superior que instituy la profesin en Colombia y la segunda enSuramrica. En la actualidad cuenta ya con ms de 250 egresados, queactualmente laboran en importantes industrias nacionales, aportandotodo su conocimiento en la automatizacin de la maquinaria y proce-sos productivos. Segn el Ingeniero Lus Llano, director del programade mecatrnica de la UNMG, la industria nacional, se ha dado cuentade las ventajas de tener en un solo profesional todo el conocimientode mecnica, electrnica y sistemas, que se requiere para el adecuadofuncionamiento de la industria, aspecto que abarata costos e influye enla calidad e inmediatez a la solucin de sus problemas.

Universidades como Nacional de Colombia, Tecnolgica de Bolvar y SanBuenaventura, entre otras tantas, estn preparando a jvenes intere-sados en asumir los retos que el pas y el mundo generan respecto a laprofesin. Segn Sergio Ramrez, estudiante de la Universidad Nacionalde Colombia, los jvenes que actualmente egresan de las facultades demecatrnica, estn en toda la capacidad de automatizar las maquinasexistentes en el pas, as como de fabricar aquellas que requiere la em-presa colombiana y que son producidas solamente en el exterior.

En la actualidad, los estudiantes de mecatrnica de varias universidades

del pas, estn trabajando en proyectos importantes y novedosos parasuplir necesidades de todo tipo, que abarcan todos los sectores produc-tivos, domsticos, de defensa y salubridad en el pas.

En la Universidad Nacional de Colombia, por ejemplo, existe un grupo dejvenes, que bajo la lupa del ingeniero Ernesto Crdoba, conformaronel semillero investigativo encaminado al estudio y la aplicabilidad denuevos proyectos y sistemas mecatrnicos.

Sin embargo, la labor no ha sido fcil, pues como lo comenta el IngenieroCrdoba en Colombia son muy tenidos para invertir en investigacinya que ni el gobierno, ni la empresa privada que seran los directamente

beneficiados, aportan los suficientes recursos para la academia. Los es-tudiantes del semillero de mecatrnica de la Universidad Nacional, hanlogrado que muchos de sus proyectos, sean aprobados y auspiciadospor Colciencias.

En un futuro no muy remoto, la mecatrnica, trabajar sin duda alguna,con avances tan increbles como la microtecnologa y la nanotecnologa.

Robot. de tratamiento de super-ficie: pintura, limpieza.

Robots de en ensamblaje y trans-ferencia.

Robot. de soldadura.

Robots de procesamiento por ca-lor; moldeado, prensado, etc.(2)

Citas

1) El PLCs (Sistema Lgico Programable),controlan los procesos de maquinaria au-tomtica dentro de la industria, tambinpueden correr todo un sistema completo.Los PLC, tienen cuatro unidades princi-palmente: 1. La Memoria Programable.Las instrucciones para la secuencia decontrol lgico se acomodan ah. 2 .LaMemoria de Datos. Las condiciones de los

cambios, interbloqueo, valores pasadosde datos y otros datos de trabajo. 3. Losdispositivos de salida. Estos son los con-troladores de hardware / software paralos procesos industriales como motores yvlvulas. 4. Los dispositivos de entrada.Estos son los controladores de hardware /software para los sensores de los procesosindustriales como sensores de cambio deestado, detectores de proximidad, ajustede interbloqueo y ms.

2) Tomado de la monografa Automatiza-cin Industrial, Autores: Miguel Jimnez,Miguel Garca

Fuentes

Luis Llano. Ingeniero. Director ProgramaMecatrnica de la Universidad MilitarNueva Granada. E-mail: [email protected]

Ernesto Crdoba. Ingeniero. DirectorSemillero de Investigacin MecatrnicaUniversidad Nacional de Colombia.

Germn Acevedo. Ingeniero Electrnico.

Paola Andrea Castillo. Asistente proyecto,grupo de investigacin UNAL

Sergio Ramrez, Lus Maldonado, DavidEscobar, Felipe Arvalo, Diego Amaya,Javier Gamboa, Antonio Perpian, LinaNieto. Alumnos del Grupo de InvestigacinSemillero Mecatrnica UNAL.

Introduccin a la ingeniera mecatrnica,Jimnez Moreno Martn Francisco. Institu-to Tecnolgico de Hermosillo, Mxico

Informtica i, un enfoque constructivistaEditorial Pearson Ecuacin

www.euroresidentes.com

www.technologiereview.com

www.monografas.com

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